EP2572777A1 - Auslasseinrichtung einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine - Google Patents

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EP2572777A1 EP12008197A EP12008197A EP2572777A1 EP 2572777 A1 EP2572777 A1 EP 2572777A1 EP 12008197 A EP12008197 A EP 12008197A EP 12008197 A EP12008197 A EP 12008197A EP 2572777 A1 EP2572777 A1 EP 2572777A1
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    • B01F27/60—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis
    • B01F27/61—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis about an inclined axis

Definitions

  • the invention generally relates to transition elements for conducting a dispersion in the treatment in a plant with a rotor-stator dispersing machine.
  • the invention provides an adapter for connecting a rotor-stator dispersing machine to a container, an outlet device for connecting a rotor-stator dispersing machine to a discharge device, in particular a pipeline, and an inlet connection for supplying a fluid into a container available.
  • dispersions In process engineering, the starting point for the production of products is generally a recipe ratio. Some raw materials are added in the gram range others in large quantities. Furthermore, some raw materials require high shear rates when introduced into the product, others low shear rates.
  • dispersions In preparing dispersions, in particular when preparing emulsions, it is important for obtaining an end product with the desired properties in terms of the size distribution of the disperse phase, the flow behavior and the stability of the product against thermal and mechanical stress as well as temporal changes that the necessary steps of the Introducing the inner phase into the outer phase both during dispersion and during stabilization of the resulting product process technology defined and performed reliably.
  • dispersions in particular emulsions, are prepared by various processes.
  • a stable dispersion is understood as meaning a substance system whose particle size distribution of the disperse phase and / or its flow behavior, in particular its viscosity, does not substantially change over a predetermined period of time.
  • the invention relates to the preparation of dispersions by presenting a pre-mix in a container with agitator, wherein the pre-mix is exposed to at least one pass through a rotor-stator dispersing machine.
  • this minimum batch volume is approximately 35% of the maximum level of the container at full dispersing capacity in marketed rotor-stator dispersing machines. Only then can no droplet distribution differences be detected between a partial approach and a full approach.
  • an improved energy input into the product is to be achieved by improving the utilization of the introduced power and thus for emulsions an efficient drop break-up is made possible.
  • the invention provides a possibility for faster batch times, that is to say fewer passes and thus faster achievement of the target in the dispersing task.
  • the invention provides an adapter for connecting a rotor-stator dispersing machine to a container.
  • the rotor-stator dispersing machine comprises a rotor-stator system with at least one sprocket.
  • the container has a longitudinal axis and an outlet.
  • the intermediate piece has a first opening for connection to the outlet of the container and a second opening for connection to the rotor-stator dispersing machine.
  • the intermediate piece comprises a pipeline, which extends between the first and the second opening and at least in sections has a longitudinal axis inclined relative to the longitudinal axis of the container by an angle ⁇ 30 (alpha_30) in the range of 0 ° to 90 °.
  • the inventor has recognized that high rotor-stator dispersing machines tend to cause the sucked liquid to rotate, and thereby disperse dispersing performance. It comes with emulsions to a broad Drop size distribution and / or larger mean drop diameter.
  • a Trombe arise in the container and air are sucked into the product.
  • a delivery aid such as a propeller stirrer is often necessary to supply sufficient product to the rotor-stator system.
  • the rotation of the product prior to entry into the rotor-stator system also arises or is still promoted by the conveying aid propeller.
  • the invention solves the above objects and helps to overcome the disadvantages of conventional rotor-stator systems.
  • the adapter determines the installation angle at which the dispersing machine is connected to the container. By reducing the rotational movement of the product, smallest batch sizes of 10% of the maximum container contents become possible.
  • the longitudinal axis of the pipeline encloses an angle ⁇ 30 with the longitudinal axis of the container.
  • the intermediate piece for connecting a rotor-stator dispersing machine to a container is provided, which has an angle ⁇ cone (alpha_ cone ) tapered to the outlet container bottom.
  • the value for the angle ⁇ 30 is then substantially half of the ⁇ cone . In this way, the product from the container in a sufficiently large area substantially directly over the conical container bottom of the dispersing machine are supplied.
  • the pipeline comprises at least one region in which the wall of the pipeline is curved outward as seen from its longitudinal axis. This creates the possibility of additionally directing the flow of the fluid before it enters the rotor-stator dispersion system in such a way that rotation is prevented.
  • the region in which the wall of the pipeline is curved outward as viewed from its longitudinal axis opens into the second opening for connection of the intermediate piece to the rotor-stator dispersing machine.
  • the intermediate piece is designed in several parts and comprises at least two detachably connectable parts.
  • a first part includes the tubing following the first opening.
  • a second part comprises the area in which the wall of the pipeline is curved outward as seen from its longitudinal axis.
  • a development of the invention offers the advantage of avoiding a rigid clamping of the rotor-stator dispersing machine, so that in particular the noise development of the machine during operation is reduced and expansions or the occurrence of Bending moments can be compensated to the detriment of the rotor-stator dispersing machine, especially in approaches with high temperature, during the CIP cleaning or when sanitizing at high temperatures.
  • the second part of the intermediate piece at least in the region in which the wall of the pipeline is curved outwards as viewed from its longitudinal axis, becomes a flexible element and is defined in particular by the flexible element.
  • a flexible element for example, a suitably shaped rubber bellows is used.
  • the invention further provides that the area in which the wall of the pipeline is curved outwards as seen from its longitudinal axis has a chamber for receiving such Conveying means for conveying a to be supplied from the container of the rotor-stator dispersing fluid, in particular for receiving at least one blade of a stirrer defined.
  • the invention offers the possibility that the intermediate piece comprises a part which comprises the pipeline immediately before the second opening of the intermediate piece and at least one, preferably contains three, more preferably four Strombrecher. These can be configured in particular as so-called sanitary power breakers. Particularly favorable, a construction has been found in which the baffles are dimensioned such that they are performed when connecting the intermediate piece to the dispersing machine to close to the rotor-stator system, in particular to tight over the rotor. The distance between the baffle and the rotor is preferably about 0.25% to about 1% of the rotor diameter.
  • the invention provides a conveying means for use in an intermediate piece described above, wherein the conveying means comprises a stirrer having at least one stirrer blade and a sleeve which encloses the stirrer blade.
  • the sleeve which may be referred to as a guide sleeve with respect to the fluid delivered by it during operation, forms a jacket around the stirrer blade and thus prevents the expulsion of fluid radially outwardly from the longitudinal axis of the stirrer shaft.
  • a higher return flow from the pressure to the suction side of the fluid is achieved Stirrer provided.
  • a propeller stirrer as a conveyor can thus promote, for example, about twice to three times the volume flow, which is processed by the rotor-stator system.
  • the propeller is positioned with the guide sleeve in the flexible member so as to optimally return the corresponding suction overhang in a direction transverse upstream of the whipper blade.
  • the return of the fluid to the suction side of the conveyor takes place at an angle, so that sucked in and returned product collide and the collision slows down a possible rotational movement in the intake passage.
  • the rotational movement in the fluid is suppressed and possible over-concentrations and inhomogeneities in the product are avoided.
  • the partial recirculation results in better mixing of the product before it is fed to the dispersing machine.
  • the transition from laminar to turbulent flow conditions can be characterized by specifying the Reynolds number Re for different types of flows.
  • Re the Reynolds number
  • laminar flow becomes unstable at higher Re numbers to perturbations such as wrinkles, vibrations that are always present in nature and in technology.
  • Such small disturbances can affect and cause the envelope from laminar to turbulent flow.
  • Re 2300. The more severe these disturbances are, the smaller the values of the Reynolds number the transition from laminar to turbulent flow takes place.
  • the exhaust passage or passages are designed to provide a large, smooth, continuous transition from the outer sprocket in the rotor-stator system to the fluid-removing conduit, such as the recirculation line, to minimize back pressure.
  • This is achieved by a large-scale outlet channel. On the large top and bottom sides of the outlet channel, that is the flat sides, it comes through the high flow velocities to vibrations or vibrations that support the turbulent flow.
  • the invention thus provides an outlet device for the connection of a rotor-stator dispersing machine, which comprises a rotor-stator system with at least one ring gear, to a discharge device, in particular a pipeline, for discharging fluid from the rotor-stator dispersing machine
  • the outlet device is provided with at least one outlet channel having a first opening for connection to the outer housing of the rotor-stator dispersing machine in a region encompassing the rotor-stator system, and having a second opening to the rotor Having connection to the discharge device.
  • the first opening has a rectangular cross-section.
  • the second opening has a smaller cross-sectional area than the first opening, so that a cone is essentially formed over the length of the outlet device between the first and the second opening.
  • the length L from the outlet channel corresponds at least to the largest width of the rectangular first opening. In this way, a particularly long, flat outlet passage is formed with gradual transition into the discharge line.
  • the invention further provides that the second opening is circular.
  • connection dimension of the first opening to the passage surface of the fluid when leaving the rotor-stator system is adapted to be able to take over the flow substantially without the passage of an extension or constriction from the rotor-stator system in the outlet
  • the outlet device is designed such that the sum of the cross-sectional areas of the first opening of all outlet channels substantially corresponds to the entire free area between the teeth of the ring gear, which is adjacent to the first opening, when the outlet device is connected to the rotor-stator dispersing machine.
  • the transition from the side surface of an outlet channel into the side surface of an adjacent outlet channel is arc-shaped.
  • the desired smooth transition of the flow-guiding components into each other further contributes, if according to a further embodiment of the invention, the first opening of each outlet channel is dimensioned such that each outlet channel merges substantially directly into the adjacent outer channel.
  • At least one outlet channel comprises a feed device for feeding ingredients in solid, powdery and / or liquid form to the fluid, which in operation flows through the outlet channel from the rotor-stator dispersing machine.
  • the production of stable, finely dispersed dispersions is simplified on the basis of the individual measures by optimizing the flow guidance through an entire system with feed tank, rotor-stator dispersing machine and circulation line or discharge device for maintaining turbulent flow conditions.
  • the invention provides an inlet connection.
  • the inlet nozzle is adapted to supply fluid into a container which is provided to provide the fluid for treatment in a rotor-stator dispersing machine and has a longitudinal axis and a container wall with a container wall opening.
  • the inlet connection has an inlet opening for connection to the container wall opening and an inlet opening for connection to a supply line.
  • the inlet pipe comprises a pipe which extends substantially between the inlet opening and the inlet opening.
  • the pipe has, at least in sections, one opposite the perpendicular to the longitudinal axis of the container at an angle in the range of 0 ° to 180 °, preferably an angle in the range of 30 ° to 150 °, particularly preferably an angle in the range of 90 ° to 120 ° ° inclined longitudinal axis.
  • the longitudinal axis of the pipeline ends with the perpendicular to the longitudinal axis of the container at an angle ⁇ 100 (alpha_100), where the inlet connection is provided for connection to a container which has a tapered angle ⁇ cone to the outlet tank bottom which is in contact with the container wall opening.
  • an inlet connection in which the length L A of the pipeline has a value in the range of twice to six times the diameter of the inlet opening, is sufficient.
  • the region of the pipeline which opens into the inlet opening in the direction of the inlet opening towards widening contour. It has proven to be advantageous if the region of the pipeline, which opens into the inlet opening, a circular arc in the direction of the inlet opening toward having a radius R 1 expanding contour, wherein the radius R 1 is preferably at least half of the diameter D. 1 of the container.
  • a plant for producing dispersions which contain at least one fluid, comprising a container, a rotor-stator dispersing machine and a discharge device and an adapter for the connection
  • the rotor-stator dispersing machine to the container and / or an outlet device for the connection of the rotor-stator dispersing machine to the discharge device and / or an inlet nozzle for supplying the fluid into the container one or more aspects of the invention can be used.
  • FIG. 1 For the preparation of dispersions containing at least one fluid, systems are often used, of which FIG. 1 some typical examples are shown.
  • the systems comprise a container 1, in which at least the fluid is introduced, a dispersing machine 4 and a circulation line 10, with which the fluid treated in the dispersing machine 4 is returned to the container 1.
  • This basic form of a plant is in Figure 1A shown.
  • a Schaberrlickwerk can be used (see FIG. 1B ). Furthermore, in order to support the mixing of the fluid in the container 1 counter-rotating agitators, as in Figure 1C shown to be used.
  • the dispersing machine 4 is connected to the container bottom of the container 1 and sucks the product from the container 1 and pumps it via the circulation line 10, which is outside the container 1, back into the container.
  • the recirculation of the product into the container may be on the one hand above the fluid level, as shown in the figures in FIG. 1 each shown above, take place.
  • the return of the product into the container 1 can also take place below the fluid level, as shown in the figures of FIG. 1 shown, laterally from the circulation line 10 into the container 1 leading lines show.
  • the dispersing machine 4 which is grown under the container 1, is designed for the production of flowable substances, such as emulsions or suspensions. These are hereinafter referred to by the term “dispersion” or “fluid” and sometimes also referred to as "product".
  • the rotor-stator dispersing machine is arranged coaxially to the longitudinal axis of the container 1.
  • the FIG. 1D shows a solution of the prior art, in which the rotor-stator dispersing machine 4 at an angle of more than 90 ° to 120 °, inclined to the longitudinal axis of the container 1, is arranged. With this arrangement, great problems arise due to bending stresses within the dispersing machine. The rotational movement of the fluid, which this from the Container brings with the transition into the rotor-stator dispersing machine, but is only slightly contained.
  • Figure 1E shows a arranged at an angle of 90 ° to the longitudinal axis of the container 1 rotor-stator dispersing machine.
  • FIG. 2 an arrangement according to a first embodiment of the invention is shown, in which an intermediate piece 2 at the transition between the container 1 and the rotor-stator dispersing machine 4 is arranged.
  • the rotor-stator dispersing machine 4 comprises a housing 40 in which a rotor 41 and a stator 42 are arranged coaxially with each other.
  • the rotor 41 is rotatably mounted on a shaft 115 and can be driven by a motor 116.
  • the container 1 merges at its bottom 14 into the outlet 12 of the container.
  • the intermediate piece 2 is in the region 13 which is adjacent to the outlet 12
  • Container wall of the bottom 14 connected to the container 1, as in FIG. 2 is shown by the indicated flange connection.
  • the intermediate piece 2 has an opening 21 for connection to the outlet 12 of the container 1.
  • the intermediate piece has a further opening 22, with which the intermediate piece 2 can be connected to the rotor-stator dispersing machine 4.
  • fluid is drawn from the container 1 through the outlet of the container 2 into the opening 21 of the intermediate piece 2. It passes through the intermediate piece 2 through the pipe 25 and enters through the opening 22 in the dispersing machine 4.
  • the fluid passes through the rotor 41 and the stator 42 of the dispersing machine 4 and exits the dispersing machine through an outlet device 5.
  • the pipe 25 of the intermediate piece 2 has a longitudinal axis 250, which is inclined by the angle ⁇ 30 relative to the longitudinal axis 150 of the container 1.
  • the angle ⁇ 30 can be selected in the range of less than 90 °. Conveniently, the angle ⁇ 30 is in the range between about 20 ° and about 60 °.
  • the intermediate piece 2 is provided for connection of a dispersing machine 4 to a container 1, which has a to the outlet 12 of the container tapered at an angle ⁇ cone container bottom fourteenth The angle ⁇ 30, the half of the angle ⁇ cone, fluid from the container 1 in operation into the conduit 25 of the intermediate piece 2 directly through the bottom cone in the dispersion supplied under the angle of the intermediate piece.
  • the intermediate piece 2 is formed in two parts and comprises a first part 210 and a second part 220.
  • the parts 210 and 220 may be integral parts of an intermediate piece 2 according to the invention.
  • the part 220 is formed as a separate component of the intermediate piece 2 and can be connected to the part 210 in the manner of a flange connection.
  • the spacer 2 takes over with the in FIG. 2 illustrated preferred embodiment, a dual function.
  • the deflection of the fluid takes place before entering the dispersing machine by the angle ⁇ 30 and, on the other hand, the fluid can be accelerated with the aid of a stirrer 31 before it enters the dispersing machine 4.
  • the stirrer 31 comprises, for example, a propeller stirrer blade 3 and is connected with its shaft 32 to the rotor 41.
  • the stirrer 31 may then be driven by the engine 116 during operation.
  • the fluid supplied from the container 1 and the pipe 25 of the intermediate piece of the dispersing machine 4 accelerates in the direction of the dispersing machine. By suppressing the rotational movement, which could bring the fluid from the container 1, in the conduit 25 of the intermediate piece 2, an optimal pumping action of the dispersing machine is supported.
  • the intermediate piece 2 defining a chamber 26 for receiving the stirrer blade 3, the chamber 26 being defined by bulging of the wall of the intermediate piece from the longitudinal axis 250 thereof, to the outside. If the second part 220 of the intermediate piece 2 is formed by a flexible element, such as a rubber bellows 27, a particularly simple and at the same time robust construction of the intermediate piece 2 is possible due to the two-part construction of the intermediate piece 2.
  • the rubber bellows 27 has a preformed bulbous structure (see FIG. 2 ) and thus forms the chamber 26, in which the stirrer blade 3 of the stirrer 31 can be arranged.
  • the bulge in the chamber is approximately dimensioned such that between the outer boundary of the stirrer blade 3 and the adjacent inner wall of the rubber bellows 27, an annular gap is formed whose width is at most about a quarter of the diameter of the pipe 25 outside the chamber 26 that is in the area where there is no bulge is.
  • a volume flow V propeller (V_ Vietnamese_Propeller) is supplied from the container 1 with the aid of the stirrer blade 3 in operation by the stirrer 31 of the rotor-stator dispersing machine 4.
  • the dispersing machine 4 itself has a delivery rate V RS (V_ gleich_RS).
  • the propeller is designed so that the volume flow V propeller is greater than the delivery rate V RS . That is, a portion of the through the stirrer of Dispergiermaschine supplied fluid does not flow in operation by the dispersing machine, but is brought from the pressure side 34 of the conveyor 3 back to the suction side 35.
  • the stirrer blade 3 In order to avoid the radial discharge of fluid from the stirrer blade 3 to the outside and thus the back-mixing of this outwardly ejected product with on the dispersing 4 on the stirrer blade 3 over and not absorbed by the dispersing 4 and therefore back flowing product, the stirrer blade a sleeve 33. As a result, fluid which is supplied in the region enclosed by the sleeve from the stirrer blade to the pressure side and thus to the dispersing machine through the fluid, directed in a defined partial flow, is fed to the dispersing machine.
  • the sleeve forms the inner wall of the annular channel described above in the chamber 26 between the outer wall of the chamber and the stirrer blade 3.
  • the annular channel is thus bounded inside the longitudinal axis 250 of the tube 25 from the sleeve and forms a defined area for that of the pressure side 34 on the suction side 35 of the stirrer blade 3 back flowing fluid.
  • the recirculated fluid collides with the aspirated fluid, so that the collision of the corresponding product streams further contributes to preventing rotation of the fluid upon exiting the container.
  • FIG. 3 the second part 220 of the intermediate piece 2 is shown.
  • the lip is in engagement with a correspondingly shaped connection ring, with which the part 220 can be connected in the manner of a flange connection with the first part 210 of the intermediate piece or with the housing 40 of the dispersing machine.
  • the rubber bellows 27 is convex in its central region 260.
  • the rubber bellows 27 accordingly has a bulge which defines a chamber 26.
  • the stirrer 31 comprises a shaft 32. With the shaft 32, the stirrer 31 with the rotor 41, or the drive shaft 115 of the rotor-stator dispersing machine 4 (in FIG. 4 not shown).
  • the stirrer 31 has a stirrer blade 3, which defines a propeller stirrer.
  • the stirrer blade 3 is connected at its outer ends with a sleeve 33.
  • the sleeve 33 thus forms a jacket for the stirrer blade 3 and acts in operation as a guide sleeve for liquid, which differs from that in the FIG.
  • the invention allows a significant improvement in the Ansaugkonditionen for the rotor-stator dispersing system used.
  • a flexible member such as a rubber bellows, wherein the rubber bellows is formed convex
  • the invention allows a significant improvement in the Ansaugkonditionen for the rotor-stator dispersing system used.
  • an optimal pumping action can be achieved.
  • the radial discharge of fluid from the stirrer blade on the one hand and on the other hand an improved reflux of fluid from the pressure to the suction side of the stirrer is achieved.
  • a volume flow V propeller can be sucked in, which is two to three times greater than the throughput V RS .
  • a return of the excessively sucked volume flow .DELTA.V is achieved on the suction side of the propeller.
  • This recirculated volume flow is returned at an angle in the suction channel formed by the pipe 25 in the intermediate piece 2, so that a collision of the sucked with the recirculated product is formed.
  • the rotational movement caused by the high speed of the propeller is greatly slowed down. Part of the recirculated volume flow is thereby returned to the propeller, at a slight overpressure.
  • the above statements describe how, with the aid of the invention, the rotation of the fluid in the region of the transition from the container 1 can be suppressed.
  • an intermediate piece 2 with a conveying means 3 is used, As a result of the rotational movement of the stirrer, in the region of the transition from the pressure side of the conveying means 3 to the dispersing machine 4, there is the risk that the fluid is put into rotational motion and thus the suction power of the dispersing machine 4 is reduced.
  • the invention provides that at least one baffle in the intermediate piece 2, in front of the dispersion space of the rotor-stator dispersing machine 4, is arranged.
  • the dispersing space is defined by the rotor 41 and the stator 42 of the dispersing machine 4.
  • FIG. 5 the corresponding arrangement is shown with a burr 28.
  • the baffle 28 comprises an elongate member, such as a plate, disposed along the longitudinal axis 250 of the conduit 25. This sheet is arranged radially to the longitudinal axis 250 in the pipe 25 and connected, for example via a screw connection 280 with the wall 23 of the pipe 25.
  • the burr 28 can also mesh with its external thread with an internal thread which is attached to a flange which is provided for fastening the intermediate piece 2 to the housing of the dispersing machine 4.
  • FIG. 5 illustrates a third part 230 of the intermediate piece. 2
  • the part 230 lies directly in front of the second opening 22 of the intermediate piece, through which fluid from the intermediate piece 2 enters the dispersing machine 4 during operation.
  • the baffles 28, which are also referred to by the skilled person as baffles, are brought close to the rotor 42 to prevent rotation during the takeover of the product from the pipe 25 in the dispersion space of the rotor-stator system.
  • a strong turbulence in the fluid arises between the baffles 28 and the inside of the inner ring gear of the rotor facing the longitudinal axis 250, when the inner ring gear of the rotor passes through the baffles. This further improves the mixing of the product.
  • the intermediate piece 2 and in particular the part 230 with the baffles 28 can be used in combination with a wide variety of Rotor leopardgeometrien.
  • FIG. 5 As shown, three baffles 28 are evenly distributed around the longitudinal axis 250.
  • FIG. 6 A further embodiment of the invention for the intermediate piece 2 in the part 230 is shown. In the pipe 25 four baffles 28 are arranged.
  • the fluid flows through the part 230 in the in FIG. 6 illustrated embodiment in the direction of the paper plane. Before the fluid enters through the opening 22 in the dispersing machine 4, it passes through the baffles 28. A possible rotational movement of the fluid, which can be caused by the rotation of the stirrer 31
  • baffles 28 (see FIG. 2 ), is thereby broken by the baffles 28.
  • the invention provides means for preventing rotation of the fluid immediately prior to entry into the rotor-stator dispersing machine 4.
  • electrostatic charges in the product can be avoided, which in particular can have an uncontrollable influence on the effect of the emulsifiers.
  • electrostatic charges of the product are caused by friction between the product and the housing of the dispersing machine. Rotation of the product creates additional friction between the product and the housing.
  • the flow rate of the fluid and thus the pressure in the dispersion must from entry to passing the opening 22 of the intermediate piece 2 to the outlet, ie from the inside out, through the dispersing increase.
  • a stator 42 is used for the dispersion space of the rotor-stator dispersing machine 4 at which the flow area is smaller from the inside out.
  • FIG. 7 As an example of such a stator, a stator 42 with two sprockets 431 and 432 is shown.
  • the passage area 433 between the teeth of the outer ring gear 431 is smaller than the passage area 430 between the teeth 432 of the inner ring gear.
  • the outer passage area 433 may be smaller by a factor of between 10 and 30 percent than the passage area 430 inside, the exact value being dependent on the geometry and number of teeth of the outer ring gear of the stator.
  • the reduction of the flow area can be achieved by two measures.
  • the openings can be made narrower.
  • a ratio of the opening width to the opening depth of about 1 to 1 should be maintained so as not to further increase the pressure loss as the fluid passes through the teeth of the outer ring gear. In comparable machines, this ratio is about 1 to 3 to 1 to 4.
  • the depth is measured radially to the longitudinal axis of the stator.
  • the housing 40 of the rotor-stator dispersing machine can be designed accordingly in its region facing the dispersion space.
  • FIG. 8 a schematic representation of the dispersion space with the rotor 41 and the inner and outer ring gear 431, 432 of the stator shown.
  • the upper part of the dispersing space facing portion of the housing 40 is, as seen from the longitudinal axis of the rotor forth, bevelled from the inside outwards such that the Height of the openings of the outer ring gear of the stator is reduced.
  • this slope is marked with the angle ⁇ 8 .
  • Emulsions in particular, have been shown to stabilize in turbulent flow to avoid coalescence of the droplets.
  • an outlet device is provided, with which in the entire space between the outer ring gear of the stator and the adjacent housing 40 of the dispersing, which merges into a Aulschreib Stein, a turbulent product flow can be maintained.
  • the outlet device is therefore designed to provide a large smooth continuous transition for the fluid after passage of the outer ring gear of the stator to the discharge device of the rotor-stator dispersing machine. As a result, in particular high back pressures can be minimized.
  • a first substream a2 leaves the dispersing space of the rotor-stator system and, starting at the side opposite the opening 51 towards the outlet channel side under the rotor 41, is conveyed into the outlet channel.
  • the partial flow â 2 is thereby accelerated by the rotational movement of the rotor 41. This additional acceleration correlates with the fact that the partial flow a2 must cover the longest path of all four considered partial flows and therefore meets the greatest pressure loss.
  • a second partial stream â 4 is conveyed after the passage of the dispersion directly to the opening 51 into the outlet channel inside.
  • This partial flow a4 experiences the lowest pressure losses, since it is not diverted, as the other three streams.
  • the area of the teeth of the stator, which are passed by the partial flow ä4 by about 10 to 30 percent, preferably 10 to 15 percent smaller passage area than the other teeth.
  • FIG. 9 While in cross section in FIG. 8 the two streams a2 and a4 for clarity, but not the currents â 1 and ä3 are shown, is in the supervision in FIG. 9 the complete inflow into the outlet channel 50 with all four partial flows shown schematically.
  • the view also shows the rotor 41 in relation to the illustration in FIG. 8 seen from below perspective.
  • the rotor 41 and with it the dispersion space of the rotor-stator system is surrounded on the outside by the housing 40. Between the rotor 41 and the housing 40, an annular channel 49 is formed.
  • the partial streams â 1 and ä3 leave the dispersing space of the rotor-stator system laterally, that is, based on the paper plane of FIG. 8 forward or backward.
  • the partial flows â 1 and ä3 are conveyed to the outlet channel 50.
  • Rotates the rotor 41 in the counterclockwise direction (see FIG. 8 ) a part of the partial flow â 1 can be conveyed under the rotor 2 and mixed with the partial flow ä2.
  • the partial stream â 1 is conveyed into the annular channel 49 and from there to the outlet channel 50.
  • the partial flow ä3 is supported on its way to the annular channel 49 and from there to the outlet channel 50 by rotational movement of the rotor.
  • the four streams â 1 to â 4 arrive at their Entrance to the exhaust passage 50 from different directions, collide and mix intensively. This contributes to the fact that the flow of the fluid remains in the turbulent range even after leaving the dispersing chamber.
  • the outlet device 5 comprises an outlet channel 50 which has a first opening 51 into which the fluid from the dispersion chamber or from the annular channel 49 enters the outlet channel 50 during operation.
  • the outlet channel 50 has a second opening 52 through which the fluid exits the outlet channel 50 during operation.
  • the first opening 51 has a larger cross-sectional area than the second opening 52.
  • the outlet device is thus designed as a concentric reducer.
  • the first opening 41 is rectangular and has its greatest width 510 parallel to the plane in which the rotor 41 rotates.
  • the reference numeral 44 denotes the flow area of the annular channel at the point where it merges into the outlet channel 50.
  • the passage area 44 is passed by the partial flow â 1 according to the model presentation.
  • the reference numeral 45 designates the passage area through which, according to the model concept, the partial flow a2 passes under the rotor.
  • the reference numeral 46 denotes the flow area of the annular channel at the point where it merges into the outlet channel 50.
  • the flow area 46 is passed from the partial flow ä3 according to the model concept.
  • the fürfluß Chemistry 47 is the flow area out of the dispersing out where, according to the model presentation of the partial flow a4 leaves the dispersion.
  • the partial surface 47 is in particular the area in the area in which the teeth of the stator are designed so that they have a by about 10 to 30 percent, preferably 10 to 15 percent smaller passage area, as the other teeth (see above).
  • the passage surfaces 44, 45, 46 and 47 are all approximately the same size except the surface 47, which by at least 5 percent, preferably at least 10 percent, up to 30 percent, preferably up to 15 percent less than the other surfaces is.
  • the sum of the flow areas 44 to 47 corresponds approximately to the free flow area in the discharge device 48, which can be connected to the outlet channel 50. In the outlet channel 50 and the subsequent discharge device 48, the stabilization of the product in turbulent flow is completed.
  • Druchfluß vom has turned out to be advantageous.
  • the flow area through the inner sprocket of the stator 430 is about 50 to about 85 percent.
  • the flow area through the outer ring gear of the stator 433 is about 35 to about 70 percent.
  • the sum of the areas 44, 45, 46 and 47 is about 35 to about 65 percent.
  • the flow area of the discharge device 48 is also about 35 to about 65 percent.
  • the sum of the surfaces 44 to 47 corresponds approximately to the flow area of the discharge device 48.
  • the above ratios of Flow areas within the dispersion space contribute to the suppression of cavitation tendency in the dispersion space.
  • the chosen ratios for the flow areas between the teeth of the outer ring gear of the stator, as well as for the surfaces 44 to 47 and the discharge device 48 contribute to the prevention of a drop in velocity after leaving the dispersion.
  • the critical flow rate is ⁇ 1.
  • FIG. 10 the outlet device 5 is shown in different Perspektivcen.
  • Top left is a front view of the outlet device 5 is shown, in which the second opening of the outlet channel 52 facing the viewer.
  • the second view shown at the top right, one can see the essentially conical shape of the outlet device 5 with the part 53 designated as cone.
  • On the left side in the middle in FIG. 10 is a plan view of the outlet 5 shown in the vicinity of the first opening 51, with which the outlet 5 can be connected to a corresponding opening in the housing 40 of the rotor-stator dispersing machine 4, the rectangular opening of the outlet 5 has its greatest width 510th ,
  • the one on the right in FIG. 10 The rear view of the outlet means 5 shown below shows a view into the substantially rectangular opening 51. This is designed, as compared to the circular opening 52, as a long and relatively narrow slot whose ends are rounded. Illustrate the perspective representation on the right side in the center and on the left side below for the outlet means 5, as indicated by the configuration of the substantially conical shape 53 gentle curved transition between the opening 51 and the opening 52 is achieved.
  • FIG. 11 a further embodiment of the outlet device 5 is shown.
  • This comprises two outlet channels 50, which face each other in the illustration shown.
  • the fluid is conducted into one or more discharge devices 48 from both outlet channels 50. These are indicated by the executed arrow.
  • the annular channel 49 between the rotor-stator dispersion and the housing 40 a deflection of the fluid, which leaves the dispersion.
  • This deflection is represented by the arrows with solid lines.
  • the fluid is directed towards the two exhaust ports 50.
  • the dashed arrows indicate the partial flows in which the fluid is directed under the rotor to the outlet channels 50 during operation.
  • the outlet channels have side walls 54 and 55 and 56 and 57, respectively. At the transition between one side wall 54, one outlet channel 50 to the side wall 56 of the adjacent outlet channel 50 is a portion of the annular channel 49.
  • the annular channel 49 is thus interrupted by the outlet channels 50.
  • the outlet device with two outlet channels can be connected to a circulation line via an intermediate T-piece (not shown).
  • discharge means 48 are thus brought together in a common line.
  • FIG. 11 shown dual system of exhaust system with two exhaust ports based on the model conceptions, as shown in the appendix of FIG. 9 was explained.
  • the outlet device with two outlet channels represents an improvement, since there are fewer deflections of the fluid after leaving the dispersion space with the two wide outlet channels.
  • the outlet device with two outlet channels offers the possibility of accelerating the product, which is expelled perpendicular to the two outlet channels from the dispersing chamber, to an outlet channel 50 by the rotation of the rotor 41.
  • the passage areas in the area of the outer stator ring gear, which is adjacent to an outlet channel 50, are adapted to the areas in the outlet channel.
  • the design is such that in operation for the fluid in question a Reynolds number above 10,000 can be maintained. This also counteracts coalescence of droplets of an emulsion in the passage of the outlet channels and the transition from the dispersing chamber into the outlet channels.
  • the outlet device 5 comprises four outlet channels 50. This embodiment is shown in FIG FIG. 12 shown.
  • the contour of the outlet channels 50 is selected so that only small webs remain at the transition between the channels and thus only very small back pressures can arise, which hardly brake the flow in turbulent flow.
  • the smooth, curved transitions from the lands to the exhaust ports 50 minimize the back pressure in each exhaust passage.
  • the exhaust outlet with four exhaust ports may be connected to a circulation pipe via an intermediate double tee (not shown).
  • discharge means 48 are thus brought together in a common line.
  • valves may be provided in each discharge device 48 or in each outlet channel 50 and / or in the common discharge line of the T-piece (see also below the description too FIG. 14 ), with which the back pressures in the four product streams of the feed supports of the double tee can be adjusted, in particular to avoid cavitation.
  • the stator of the dispersing machine used in combination with the outlet device 5 can be designed in such a way that the stator sections, which face the inlet openings of the outlet channels 50, have an outlet surface dimensioned to match the inlet openings of the outlet channels 50.
  • the person skilled in the art can carry out this design in such a way that a Reynolds number of Re ⁇ 10.0000 can be maintained during operation.
  • the total sum of the entry surfaces into the outlet channels 50 will be less than or equal to the total sum of the exit surfaces from the stator.
  • This circulation line leads the product, which leaves the dispersing machine via the outlet device, to the container again.
  • the invention has further created an inlet nozzle.
  • the product has a very high flow rate in the circulation line, for example in the range between 2 and 4 m / s, and tends to splash during uninhibited entry into the container.
  • the inlet port helps to gradually reduce the flow rate as the recirculated product enters the container, and the incoming product gently fits over the cone bottom into the product already in the container, especially at a level in the container below the inlet nozzle.
  • FIG. 13 is such an inlet nozzle shown schematically. On the right in FIG. 13A a sectional view is shown, which the inlet nozzle 7, which merges into an opening 16 in the container wall 15 shows.
  • the inlet connection 7 has an inlet opening 71, through which the fluid recirculated via the discharge device enters the inlet connection 7.
  • the inlet opening 71 is formed as a through hole with the diameter D 2 in the side wall of the inlet nozzle 7 and has a longitudinal axis, which is the perpendicular 180 to the longitudinal axis 150 of the container 1.
  • the inlet nozzle 7 further has an inlet opening 72, with which the inlet nozzle 7 opens into the container wall opening 16. Between the inlet opening 71 and the inlet opening 72 extends a pipe 75 of the inlet nozzle 7. Die Pipe 75 of the inlet nozzle has a longitudinal axis 76, which forms an angle ⁇ 110 with the vertical 180 on the longitudinal axis of the container.
  • the inlet to the container is constructed according to the invention so that the area of the inlet pipe, that is, the cross-sectional area 710 of the inlet opening 71 corresponds to a maximum of 50 percent of the area of product entry into the container, that is, the cross-sectional area 720 of the inlet opening 72.
  • the contour of the pipe 75 opens in the region 751, which opens into the inlet opening 71, to the container 1 through a radius R 1 to the outside.
  • the product flowing into the container is distributed over a large area of the container bottom.
  • a sudden expansion in the area 751 is thus prevented, so that the occurrence of a Borda-Carnot shock loss is prevented.
  • a Borda-Carnot impact could cause strong turbulence in a portion of the fluid in the container entering product returned through the inlet port.
  • the length of this area with turbulence would be about ten times the diameter of the inlet opening 72.
  • the product should be able to be supplied evenly to the fluid which is still in the container 1.
  • the product is guided at an angle ⁇ 110 of approximately 90 ° to 150 ° against the opposite wall and thereby spreading in the pipeline 75 to the container pressed.
  • the angle ⁇ 110 can be in a range between 45 ° and 180 °. If the angle is 180 °, the inlet nozzle, as in FIG. 13B shown to be introduced horizontally to the upper curvature of the container to form an upper inlet into the container.
  • the inlet can also be designed vertically to the container so that the product can be guided down the container wall and distributed to the product level of the product in the container.
  • FIG. 13C a further embodiment for the inlet pipe 7 is shown.
  • the region 751 in which the inlet opening opens into the container has regions facing the container wall opening 16 into which the inlet opening with respect to the longitudinal axis 76 the pipeline 75 has seen convex contours.
  • the opening has a radius of curvature R 3 and R 2 .
  • the radius R 3 or R 2 is at least 1.2 times the half of the container diameter D 1 and at most twice the half of the container diameter D 1 .
  • an installation 120 which comprises a container 1.
  • the percentages entered in the interior of the schematic representation of the container 1 illustrate various levels of the container, ranging from 100 percent up to a level of 4 percent, wherein the fluid in question is only in the tapered container bottom area.
  • the fluid enters the intermediate piece 2 from the container 1 before it is fed to the rotor-stator dispersing machine 4. After treatment in the dispersion chamber, it exits through the outlet device 5 from the rotor-stator dispersing machine 4.
  • a discharge device 48 is connected in the form of a pipe, which forms a circulation line 10. About the circulation line 10, the product is returned to the container.
  • a valve 9 in particular a throttle valve, installed to adjust the flow in the circulation line, or to be able to control or regulate.
  • the valve 9 may be in one embodiment of the invention as part of a control unit and be designed as an adjustment valve, for example as a flap valve with locking device.
  • the control unit comprises, in addition to the control valve, a flow meter for controlling the volume flow.
  • the residence time in the rotor-stator system, in particular in the dispersion chamber can then be controlled by the valve 9 controllable. At the same speed so that the residence time in the rotor-stator system can be varied by the set with the valve 9 back pressure. Values for the residence time between 0.05 seconds and 0.5 seconds have proven useful.
  • all the outlet channels 50 of the outlet device 5 can also be provided with a valve and flow meter in order to be able to control the respective flow.
  • the dispersing machine is equipped with a frequency converter (not shown), so that the speed of the rotor is selectable.
  • a frequency converter (not shown)
  • the speed of the rotor so that the volume flow through the system 120 and / or the back pressure is flexibly adjustable.
  • different parameters for the speed, the Flow and the back pressure can be adjusted in order to drive the respective processes as optimally as possible.
  • the fluid After the passage of the valve 9, the fluid enters the circulation line 10. From this it can be removed via the removal point 100 or returned to the dispersing machine.
  • the plant 120 is designed in such a way that further ingredients in solid and / or liquid form can be added to the product at various stages. Examples of such ingredients include agents or excipients such as liposomes which can be finely dispersed into the fluid.
  • the system 120 comprises a plurality of feeders.
  • an injector 64 is provided which is positioned in the discharge device downstream of the outlet device 5.
  • pulverulent ingredients can be added to the fluid via the injector.
  • Further feed devices 60, 61, 62 and 63, 66 allow the addition of ingredients in the circulation line or discharge device, in the dispersion chamber, in particular in the annular channel 49, and in the pipeline of the intermediate piece 2.
  • an injector can also be a nozzle, such as a ring - or flat nozzle can be used, as in the utility model of the applicant DE 20 2006 001 952 as a "device for preparing dispersions" is described.
  • more valves can be installed prior to removal 100 and in the circulation line and the line leading to the feeder 66 in the dispersing machine 4.
  • the injector At higher speeds, that is to say flow velocities of about 3 to 4 m / s, the injector generates a negative pressure which is sufficient to draw in liquids one additionally applied vacuum into the fluid.
  • the ingredients are immediately mixed into the fluid by the injector jet.
  • a further improvement for maintaining a turbulent flow in the flow through the system 120 can be achieved by attaching at least one vibrator (not shown) to the housing 40 of the rotor-stator dispersing machine 4 and / or to the outlet device 5.
  • at least one vibrator (not shown) to the housing 40 of the rotor-stator dispersing machine 4 and / or to the outlet device 5.
  • flexible elements 105.1 such as, for example, sections of sufficiently flexible material, are provided in the circulation line.
  • FIG. 15 an embodiment for a feeder 60 is shown.
  • the feed device 60 can be connected to the outlet device 5 with a connecting element 650, for example a flange. With a connecting element 648, the feed device 60 can be connected to the discharge device 48, in particular to the pipeline of the circulation tube 10.
  • the feed device 60 feed channels 60.1 and 60.2. Depending on the number of ingredients in question, even more feed channels can be provided.
  • the feeder 60 is formed in its interior substantially as a pipe with a wall contour in the form of a double cone.
  • the diameter initially narrows at a cone angle of 150 ° to the narrowest point and then widens at a cone angle of 58.6 °.
  • a Carnot shear shock diffuser is created, which generates such flow conditions in operation, in which also powdered ingredients via the feed openings 60.1, 60.2 fed and can be distributed very quickly homogeneously in the flowing in the feeder 60 fluid.
  • the specified angles for the cones are examples which have proved to be advantageous. Depending on which type of fluid the supply device 60 is provided for, the person skilled in the art will adapt the angles.
  • the discharge opening of the feed device 60 is rounded off with the radius R 5 .
  • FIG. 16 the volume flow in liters / minute is plotted against the speed in revolutions / minute of the rotor-stator dispersing machine for two different di32mm and DN50 diameters.
  • a feeder (see FIG. 15 ) installed with a DN50 inlet and a reduction to 32 mm.
  • a circulation pipe with DN50 without feeder was used.
  • the used rotor-stator dispersing machine had a rated power of 22 kW and was operated with an intermediate piece according to the invention. As the speed increases, the volume flow increases continuously.
  • FIG. 16 a Diehmomentendraurve is shown, which was taken with a container of a capacity of 500 liters at a level in the container of 50 liters.
  • the rotor-stator dispersing machine used had a rated power of 22 kW and was operated with an intermediate piece according to the invention.
  • the return of the product to the tank was made with an inlet port 7.
  • the torque curve clearly shows the continuous increase in torque ("torque”), which is given in% relative to the maximum torque, that at the maximum speed of the rotor-stator system is reachable.
  • the current consumed (“Amp”) which is indicated in amperes, increases continuously with increasing speed of the rotor-stator system.
  • the invention thus provides the possibility of being able to use a relatively large batch container 1 for processing even smaller batch volumes between 3% and 10% of the maximum container level.
  • a container can cover the range between 40 and 500 liters with a plant using the intermediate piece according to the invention, wherein conventional solutions for each case requires a container for 40 to 100 liters, 100 to 250 liters, 200 to 500 liters and 350 to 1000 liters ,
  • Another container may according to the invention cover the range between 150 and 2000 liters, with conventional solutions for each need a container for 700 to 2000 liters and 1500 to 4000 liters.
  • Another container may according to the invention cover the range between 500 and 6000 liters, with conventional solutions for each require a container for 2000 to 6000 liters and 4000 to 12000 liters.
  • another container according to the invention can cover the range between 15,000 and 20,000 liters, for which conventional solutions require a container for 7,000 to 20,000 liters.
  • the invention makes it possible to minimize the water requirement in CIP or SCIP cleaning due to the possible minimum minimum amounts of water (tank contents) of 4-5% of the batch size.
  • a plant as described in Example 1 can be completely cleaned with 40 liters total, in two cleaning cycles.
  • a flat or annular nozzle may be attached at various positions between the suction channel and the outlet channel (see reference numerals 63, 64, 65).
  • the task of the flat or annular nozzle is to produce the smallest particles at high pressures and to spray them into the fluid stream which has to pass through the rotor-stator dispersing machine.
  • the flat or annular nozzle is operated as a nozzle of a high-pressure homogenizer and can be configured in particular as described in the above-cited German utility model of the applicant.
  • the position 63 is particularly well suited, since the propeller with guide sleeve as conveying means in the intermediate piece 2 reaches a good mixing.
  • the flat or annular nozzle may also be mounted in one or more of the other ports 66.
  • the invention can be used according to whren embodiments in systems that operate on the principle of late product differentiation.
  • the procedure for late product differentiation is generally the following. One prepares large beginnings of a basic product, which then according to the daily production requirement with the missing ingredients or raw materials such as colors, flavors, fragrances and / or other additives, which can be added in particular split into portions, completed. This means that you can complete large batch sizes just before bottling in several smaller subsets.
  • the LPD unit according to the invention is very compact in order to lose as little product as possible during this cleaning step. Furthermore, the LPD unit according to the invention is easy to clean, for example by CIP (Cleaning in place) and / or automatic cleaning and sanitizing (SCIP). Furthermore, extremely low wastewater is generated when using the LPD unit according to the invention compared to conventional systems.
  • a flat or annular nozzle is combined with the system with the rotor-stator system 4.
  • Large approaches have the advantage of less manual work and the operations must be performed only once instead of several times. This also applies to laboratory work.
  • the introduction of the coloring is expediently carried out at the end of the production of the entire batch.
  • An approach of 20,000 kg base product is produced, whereby the coloration of about 10 kg is initially not introduced into the base product.
  • a suitable facility comprises an outlet with two outlet channels and has a rated power of 45 KW.
  • a volume flow of approximately 3000 L / min is circulated unthrottled.
  • the repumping time of the batch is approximately 7 minutes.
  • the coloring agent is added approximately during a single pumping period, thereby producing a very homogeneous product.
  • the product is colored after removal 100, the circulation line is closed. Between the introduction of the first and the second color, a small amount is discarded which contains a mixture of the first and second colors.
  • a feed device 61, 62, 63 for example in the form of a nozzle, it is also possible to attach two or more nozzles in the regions of the nozzles.
  • Another possibility is to withdraw the finished batch as a subset via the outlet 100 and to return the overhang to the dispersion chamber and thereby add dye or other additives through a nozzle (preferably 61, 62) in order to obtain a more thorough mixing (repeated passage through the rotor-stator dispersing machine).
  • the return to the dispersion space can in particular take place via one or more premixing chambers of the rotor-stator system if a rotor-stator system is used, as described in German patent application DE. German patent application 10 2008 022 355.7 is described.
  • the circulation line is shut off behind the outlet line 100, by a valve. It makes sense to start with the brighter colors, which can then be covered more easily by the darker color. Therefore, it is advantageous to make a basic approach of a product (large batch) and then complete this when pumping from the container by adding the remaining additives.
  • Example 4C LPD (Late Product Differentiation) in Special LPD Unit
  • LPD unit is a compact unit for "late-product differentiation". This means that in the production of a product, which may be an emulsion, dispersion, suspension, mixture or the like, only shortly before bottling in bottles, tubes, pots or other containers, the last ingredients in a prefabricated base product, which also Concentrate can be dispersed in it.
  • a product which may be an emulsion, dispersion, suspension, mixture or the like
  • Concentrate can be dispersed in it.
  • the mixing head On the respective dispersing a mixing head is placed, which has supply and discharge devices.
  • the mixing head can be designed such that the mixing chamber formed in its interior is substantially hollow spherical.
  • Such a mixing head will hereinafter be referred to as a "spherical mixing head”.
  • the operation of the LPD-Unilt is described below using the Figures 18 and 19 described.
  • the product to be processed is, for example via a flow meter (not shown), fed through the product inlet 8, for example via an automatic valve, the spherical mixing chamber 300.
  • the spherical mixing chamber 300 is formed in the example shown on the one hand by a substantially hemispherical upper lid having connections for the product inlet 8, a Ausblasventile 400 (see below) and the circulation line 10, and on the other by an inside substantially also hemispherical LPD housing 200, which opens into a pipeline in which a propeller 3 and baffle 28 are positioned, and which leads the product into the dispersing space of rotor 41 and stator 42 and premixing chambers 220, respectively.
  • the current dispersing machine 41, 42 sucks the product and a portion of the product is contacted in the premixing chamber 220 with the missing ingredients.
  • These missing ingredients are in particular via flow meters (not shown) and pumps (not shown) via feeders 250 to the premixing chambers 220.
  • flow meters not shown
  • pumps not shown
  • feeders 250 to the premixing chambers 220.
  • two premixing chambers are provided.
  • the number of premixing chambers in the LPD unit can be adapted to the respective requirements, and at least one as well as more than two premixing chambers can be provided.
  • the individual components of the dispersion then pass through the dispersion space, are dispersed, and the dispersion circulates through the product circulation line 10 back into the mixing chamber 300.
  • the product circulation line 10 is thereby returned to the mixing chamber 300, that it counteracts the rotational movement of the propeller 3.
  • the mixing chamber 300 has approximately the diameter of the rotor 41 in order to minimize the circulating volume.
  • the following rotor sizes can be made available in a kind of modular principle: 25mm, 50mm, 100mm, 150mm, 175mm and 285mm.
  • a purge valve 400 is mounted at the highest point of the mixing chamber 300 to depress residual amounts from the LPD unit in a filling machine downstream of the LPD unit and to minimize losses.
  • a flat or annular nozzle 600 according to FIGS DE 20 2006 001 952 flanged. Depending on the requirements, however, this additional nozzle 600 can also be dispensed with.
  • the flat or ring nozzle 600 With the flat or ring nozzle 600, a Particularly fine dispersion can be achieved, in particular with an additional flat or annular nozzle 600, the possibility to separately produce emulsions or dispersions.
  • a further emulsion can be produced in the emulsion.
  • valve (not shown) at the product outlet 648 is also at least slightly opened so that the influent product and effluent are substantially in balance and only lighter Overpressure is created.
  • the valve at the product outlet 648 may in particular be designed so that it opens only in the lower area (half ball valve), so that only the product which is ejected under the rotor is discharged through the product outlet 648.
  • connection piece for the flushing water outlet 500 also adjoins the outlet channel 50.
  • Exhaust ports may also be used in accordance with the "dual" embodiment set forth above, with one exhaust passage for pumping into the circulation line 10 and another exhaust passage for exhausting the product from the engine to the filling machine (not shown) downstream of the LPD unit.
  • the dispersing machine circulates approximately up to a 10 times higher amount of product internally than the amount supplied or is discharged. This results in a homogeneous mixing of all ingredients before the product leaves the LPD unit.
  • the propeller 3 is installed and positioned in the LPD unit so that at least one third of the sucked product is forced radially over the bottom of the mixing chamber 300. This optimizes internal premixing in the mixing chamber by means of gentle mixing by means of propellers.
  • a face cream can be prepared in the following manner.
  • the LPD unit In the LPD unit about 1 vol .-% liquid dye and 0.1 vol .-% fragrances are supplied to the base product.
  • a pumping ratio of 1: 5 is set, that is, a volume fraction is withdrawn while 5 volume percentages are pumped.
  • This method of production can be realized, for example, with a product of the Applicant entitled "LPD-Unit LM 100" with a rotor diameter of 100 mm.
  • the entire volume of the LPD unit is located below 2 liters, wherein (measured with water) a circulation volume of about 8000 liters / hour at 23 m / sec is achieved.
  • FIG. 19 another embodiment of an LPD unit is shown. Unlike the in FIG. 18 In the embodiment shown, the outlet channel 5 is separated from the circulation line 10.
  • the premixing chamber 220 shown on the left side is offset and located next to the in FIG. 18 on the right side shown premixing chamber 220 in the area of internal product circulation.
  • the product stream splits into an internal product circulation and a product effluent towards the product outlet 648. This means that the product withdrawn does not come into contact with a premixing chamber 220 as it leaves the LPD unit.
  • Rotor-stator systems are suitable for producing an industrial dispersion of 5% by weight of silicone in 95% by weight of water (details including emulsifiers) with very small droplet sizes in the range of a few nanometers. Rotor-stator systems show a very good droplet breakup at higher viscosities. Therefore, 5% silicone is placed in the container, then about 2 to 3% water with a suitable emulsifier dispersed, intensively homogenized or dispersed and then mixed with the residual water.
  • Example 6 Emulsion with phase inversion O / W
  • An emulsion with 4% by weight of internal phase should be prepared.
  • the oil or wax phase is in the container submitted.
  • a part of the water phase is added and dispersed in, so that a water-in-oil emulsion is formed.
  • the water phase can be added cold, resulting in a mixing temperature that can be above the solidification point of the oils or waxes.
  • the amount of residual water is added and the phase inversion takes place.
  • even more raw materials can be added. Cooling of the batch is omitted since the water phase was added cold. This leads to significant energy and time savings.
  • Laboratory and production machines should have largely the same proportions and working parameters and also allow the implementation of the relevant procedures in terms of time in the same way.
  • product flow through the rotor-stator dispersing machine or the plant it is possible to produce the smallest laboratory dispersing machines, which have a batch volume between 0.1 and 1.0 liters, and to produce comparable products with production machines.
  • the ratio of the surface to the working volume of a dispersing machine becomes larger the smaller the dispersing machine becomes. This results in greater friction losses or pressure losses in the dispersing machines of decreasing size. This negative influence is particularly great in the processing of products with high viscosity, such as the products mentioned in the above examples. Due to the adhesion of the product to the surfaces, it occurs Stalls.
  • Oil-in-water emulsions of mineral oil and water were prepared.
  • As emulsifiers Tween 80 and Span 20 were used. The entire duration of the production was 15 minutes.
  • a two-tank system For the presentation of the fluids, a two-tank system was used. In a container with a volume of 30 liters, 24 liters of an aqueous emulsifier solution were presented. In another storage tank 6 liters of oil were provided. The container is connected via a line with transfer pump to the storage tank. To the Zweitankystem a rotor-stator dispersing machine is connected.
  • a rotor-stator dispersing machine with a premixing chamber according to the German patent application DE 10 2008 022 355.7 Applicant for the addition of the oil phase can be used.
  • the dispersing space with the rotor has a diameter of 100 mm.
  • the peripheral speed is 5.2 m / s.
  • the peripheral speed is 26 m / s.
  • valve 9 fully open (cf. FIG. 14 ), for which it is noted in the table below "open”. Furthermore, experiments were carried out in which the valve 9 was closed to 2/3 and so an artificial back pressure was generated. For these experiments, "dynamic pressure" is noted in the table below.
  • Test 1 ( ⁇ m)
  • Test 2 the results of the average droplet size of an emulsion after repeated passage of the dispersing machine in the circulation are given after a total test duration of 15 minutes.
  • Droplet size distributions were determined with a measuring device of the manufacturer Horiba according to the principle of laser light diffraction. "Average size” is the average of the results of Test 1 and Test 2
  • a crude emulsion (pre-mix) was prepared in the container by premixing the oil phase and the water phase.
  • the crude emulsion had a drop size distribution with a mean diameter of about 37 microns.
  • the average diameter was still 5.363 microns.
  • the above figures refer to a measurement. As in tests 1 to 12, several measurements were made. Their results are shown in the following table.

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Abstract

Offenbart wird eine Auslasseinrichtung (5) für den Anschluss einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine (4), welche ein Rotor-Stator-System (41, 42) mit zumindest einem Zahnkranz (43) umfaßt, an eine Abführvorrichtung (48) zum Abführen von Fluid aus der Rotor-Stator-Dispergiermaschine, wobei die Auslasseinrichtung zumindest einen Auslasskanal (50) mit einer ersten Öffnung (51) zum Anschluss an das Außengehäuse der Rotor-Stator-Dispergiermaschine in einem das Rotor-Stator-System umfangenden Bereich, und mit einer zweiten Öffnung (52) zum Anschluss an die Abführvorrichtung aufweist. Die erste Öffnung weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Die zweite Öffnung weist eine kleinere Querschnittsfläche als die erste Öffnung auf, so dass über die Länge der Auslasseinrichtung zwischen der ersten und der zweiten Öffnung im wesentlichen ein Konus (53) ausgebildet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Übergangselemente zum Überleiten einer Dispersion bei der Behandlung in einer Anlage mit einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine. Im Speziellen stellt die Erfindung ein Zwischenstück für den Anschluss einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine an einen Behälter, eine Auslasseinrichtung für den Anschluss einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine an eine Abführvorrichtung, insbesondere eine Rohrleitung, und einen Einlaufstutzen zum Zuführen eines Fluids in einen Behälter zur Verfügung.
  • In der Verfahrenstechnik geht man für die Herstellung von Produkten allgemein von einem Rezepturmäßigen Mengenverhältnis aus. Einige Rohstoffe werden im Grammbereich zugegeben andere in großen Mengen. Desweiteren erfordern einige Rohstoffe beim einbringen ins Produkt hohe Scherraten, andere niedrige Scherraten. Beim Herstellen von Dispersionen insbesondere beim Herstellen von Emulsionen ist es für den Erhalt eines Endprodukts mit den gewünschten Eigenschaften hinsichtlich der Größenverteilung der dispersen Phase, des Fließverhaltens und der Stabilität des Produkts gegenüber thermischer und mechanischer Belastung sowie zeitlichen Veränderungen gegenüber wichtig, dass die notwendigen Schritte des Einbringens der inneren Phase in die äußere Phase sowohl beim Dispergieren als auch beim Stabilisieren des erhaltenen Produktes prozesstechnisch definiert und zuverlässig durchgeführt werden. Industriell werden Dispersionen, insbesondere Emulsionen, durch verschiedene Prozesse hergestellt. Welcher Prozess ausgewählt wird hängt von der Art der Dispersion ab sowie von der Feinheit der dispersen Phase, mit welcher eine über den geforderten Zeitraum hinweg stabile Dispersion erhalten werden kann. Unter einer stabilen Dispersion wird ein Stoffsystem verstanden, dessen Partikelgrößenverteilung der dispersen Phase und/oder dessen Fließverhalten insbesondere dessen Viskosität sich über einen vorgegebenen Zeitraum im Wesentlichen nicht ändert. Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Dispersionen durch Vorlegen eines Pre-Mixes in einem Behälter mit Rührwerk, wobei der Pre-Mix zumindest einem Durchlauf durch eine Rotor-Stator-Dispergiermaschine ausgesetzt wird.
  • Besonders bei Emulsionen und Suspensionen mit einem hohen Dispersphasenanteil kommt es häufig zu teilweisen Überkonzentrationen, das heißt lokalen und/oder zeitlichen Abweichungen in der Dichte an Partikeln im umgebenden Fluid. Solche Überkonzentrationen können herkömmlicherweise nur durch lange Misch- und Dispergierzeiten zur gewünschten Homogenität gebracht werden. Die Gefahr für Überkonzentrationen tritt verstärkt auf bei geringen Füllständen in den Behältern, da die gängigen Maschinen die Flüssigkeit im Behälter in eine Rotationsbewegung versetzen. Dadurch wird der tatsächlich in das Fluid dissipierte Anteil der eingebrachten Energie vermindert. Besonders stark ist dieser Effekt unter Vakuumbedingungen, wenn die Ansaugung des Fluids aus dem Behälter abreißt.
  • Daher ist es erforderlich, eine bestimmte minimale Füllhöhe des Behälters einzuhalten, um den Pre-Mix mit den gewünschten definierten Eigenschaften der Rotor-Stator-Dispergiermaschine zuführen zu können und insbesondere den Einzug von Luft in das Rotor-Stator-System zu verhindern. Dieses minimale Ansatzvolumen liegt derzeit bei marktgängigen Rotor-Stator-Dispergiermaschinen bei etwa 35% des maximalen Füllstandes des Behälters bei voller Dispergierleistung. Nur dann sind zwischen einem Teilansatz und einem Vollansatz keine Tröpfchenverteilungs-Unterschiede mehr feststellbar.
  • Übliche Rotor-Stator-Dispergiermaschinen haben daher den Nachteil, einen relativ hohen Mindestfüllstand aufzuweisen. Daher sind die Möglichkeiten zur Variation der mit einer maschine zu verarbeitenden Ansatzmengen, die sogenannte Ansatzgrößenbreite, sehr beschränkt. Zudem muß der Mindestfüllstand auch bei der Reinigung der Maschinen eingehalten werden, so dass große Mengen Reinigungsmittel benötigt werden. Da somit immer eine relativ große Menge an Fluid in den betreffenden Anlage bewegt wird, wird die insgesamt in das Fluid eingebrachte Leistung in einem großen Volumen dissipiert, so dass die erreichte Energiedichte im Produkt verhältnismäßig gering ist. Dies kann zu ineffizienten Bedingungen für das Dispergieren führen. Zudem besteht die Gefahr, dass die Partikel beziehungsweise die Tropfen einer Emulsion koaleszieren.
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine größere Flexibilität bei der Ansatzgrößenbreite, das heißt eine größere Bandbreite von minimal zu maximal zufriedenstellend verarbeitbarer Ansatzgröße, zu ermöglichen. Zudem soll ein verbesserter Energieeintrag in das Produkt erreicht werden, indem die Ausnutzung der eingebrachten Leistung verbessert und so für Emulsionen ein effizienter Tropfenaufbruch ermöglicht wird. Des Weiteren ist es ein Ziel der Erfindung, Koaleszenz von Tropfen beziehungsweise Aggregation von Partikeln beim Verlassen des Rotor-Stator-Dispergiermaschine möglichst weitgehend zu unterbinden. Außerdem soll durch die Erfindung eine Möglichkeit für schnellere Batch-Zeiten, das heißt weniger Durchläufe und damit schnelleres Erreichen des Ziels bei der Dispergieraufgabe, erreicht werden.
  • Diese Aufgaben werden auf überraschend einfache Weise gelöst, indem die Erfindung Übergangselemente gemäß den unabhängigen Ansprüchen schafft. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils zugeordneten Unteransprüche.
  • Die Erfindung stellt ein Zwischenstück für den Anschluss einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine an einen Behälter, zur Verfügung. Die Rotor-Stator-Dispergiermaschine umfaßt ein Rotor-Stator-System mit zumindest einem Zahnkranz. Der Behälter weist eine Längsachse und einen Auslass auf. Das Zwischenstück weist eine erste Öffnung zum Anschluss an den Auslass des Behälters und eine zweite Öffnung zum Anschluss an die Rotor-Stator-Dispergiermaschine auf. Das Zwischenstück umfaßt eine Rohrleitung, welche sich zwischen der ersten und der zweiten Öffnung erstreckt und zumindest abschnittsweise eine gegenüber der Längsachse des Behälters um einen Winkel α30 (alpha_30) im Bereich von 0° bis 90° geneigte Längsachse aufweist.
  • Der Erfinder hat erkannt, dass gerade Rotor-Stator-Dispergiermaschinen mit hoher Saugleistung dazu neigen, die angesaugte Flüssigkeit in Drehbewegung zu versetzen, und dass dadurch Dispergierleistung herabgesetzt wird. Es kommt bei Emulsionen damit zu einer breiten Tropfengrößenverteilung und/oder größerem mittleren Tropfendurchmesser. Zudem kann im Fluid eine Trombe im Behälter entstehen und Luft in das Produkt eingesaugt werden. Bei hoher Saugleistung des Rotr-Stator-Systems ist häufig ein Förderhilfsmittel wie ein Propellerrührer nötig, um dem Rotor-Stator-System genügend Produkt zuzuführen. Die Rotation des Produkts vor dem Einlauf in das Rotor-Stator-System entsteht jedoch auch beziehungsweise wird noch gefördert durch das Förderhilfsmittel Propeller.
  • Indem die Erfindung durch das geneigte Zwischenstück für eine Unterbrechung der Rotation des Fluids vor der Zufuhr des Fluids zu der Rotor-Stator-Dispergiermaschine sorgt, werden diese Probleme unterbunden. Damit löst die Erfindung die oben genannten Aufgaben und trägt zur Überwindung der Nachteile herkömmlicher Rotor-Stator-Systeme bei. Das Zwischenstück bestimmt den Einbauwinkel, unter welchem die Dispergiermaschine an den Behälter angeschlossen wird. Durch Vermindern der Rotationsbewegung des Produkts werden kleinste Ansatzgrößen von 10% des maximalen Behälterinhaltes möglich.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Längsachse der Rohrleitung mit der Längsachse des Behälters einen Winkel α30 einschließt. Dabei ist das Zwischenstück zum Anschluss einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine an einen Behälter vorgesehen, welcher einen im Winkel αKonus (alpha_konus) konisch zum Auslass zulaufenden Behälterboden aufweist. Der Wert für den Winkel α30 beträgt dann im wesentlichen die Hälfte von αKonus. Auf diese Weise kann das Produkt aus dem Behälter in einem ausreichend großen Bereich im wesentlichen direkt über den konischen Behälterboden der Dispergiermaschine zugeführt werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zwischenstücks umfaßt die Rohrleitung zumindest einen Bereich, in welchem die Wand der Rohrleitung von deren Längsachse her gesehen nach außen gewölbt ist. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, die Strömung des Fluids vor dem Eintritt in das Rotor-Stator-Dispergiersystem zusätzlich derart zu lenken, dass eine Rotation unterbunden wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Bereich, in welchem die Wand der Rohrleitung von deren Längsachse her gesehen nach außen gewölbt ist, in die zweite Öffnung zum Anschluss des Zwischenstücks an die Rotor-Stator-Dispergiermaschine mündet.
  • Je nachdem, welche Art von Fluid zu verarbeiten ist, kann auf den Einsatz des gewölbten Bereiches verzichtet werden. Um flexibel auf unterschiedliche Prozeßanforderungen reagieren zu können, sieht die Erfindung in einer vorteilhaften Weiterbildung vor, dass das Zwischenstück mehrteilig ausgebildet ist und zumindest zwei lösbar miteinander verbindbare Teile umfaßt. Ein ein erstes Teil umfaßt die Rohrleitung im Anschluss an die erste Öffnung. Ein zweites Teil umfaßt den Bereich, in welchem die Wand der Rohrleitung von deren Längsachse her gesehen nach außen gewölbt ist.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, eine starre Einspannung der Rotor-Stator-Dispergiermaschine zu vermeiden, so dass insbesondere auch die Geräuschentwicklung der Maschine im Betrieb reduziert wird und Ausdehnungen beziehungsweise das Auftreten von Biegemomenten zu Lasten der Rotor-Stator-Dispergiermaschine kompensiert werden können, insbesondere bei Ansätzen mit hoher Temperatur, während der CIP-Reinigung beziehungsweise beim Sanitisieren bei hohen Temperaturen. Dazu umfaßt der zweite Teil des Zwischenstücks zumindest in dem Bereich, in welchem die Wand der Rohrleitung von deren Längsachse her gesehen nach außen gewölbt ist, ein flexibles Element wird und insbesondere durch das flexible Element definiert. Als flexibles Element wird zum Beispiel ein geeignet geformter Gummibalg verwendet.
  • Um für Rotor-Stator-Systeme mit hoher Saugleistung ein zusätzliches Fördermittel bereitstellen zu können, sieht die Erfindung des Weiteren vor, dass der Bereich, in welchem die Wand der Rohrleitung von deren Längsachse her gesehen nach außen gewölbt ist, eine Kammer zur Aufnahme eines solchen Fördermittels zum Fördern eines aus dem Behälter der Rotor-Stator-Dispergiermaschine zuzuführenden Fluids, insbesondere zur Aufnahme zumindest eines Blatts eines Rührers, definiert. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Kammer zur Aufnahme eines Fördermittels in Abstimmung auf die Abmessungen des Fördermittels, insbesondere in Abstimmung auf den Durchmesser eines Rührerblatts, derart dimensioniert, dass im Betrieb der Anteil ΔV = V - VRS des der Rotor-Stator-Dispergiermaschine durch das Fördermittel zugeführten Fluids V (V_punkt), welcher die Förderleistung der Rotor-Stator-Dispergiermaschine VRS (V_punkt_RS) übersteigt, von der Druckseite des Fördermittels an der gewölbten Wand der Kammer entlang auf die Saugseite des Fördermittels geführt wird.
  • Um eine weitere Möglichkeit zum Unterbrechen einer Rotation in dem der Rotor-Stator-Dispergiermaschine zugeführten Fluid zu schaffen, bietet die Erfindung die Möglichkeit, dass das Zwischenstück ein Teil umfaßt, welches die Rohrleitung unmittelbar vor der zweiten Öffnung des Zwischenstücks umfaßt und zumindest einen, vorzugsweise drei, besonders bevorzugt vier Strombrecher enthält. Diese können insbesondere als sogenannte Sanitary-Strombrecher ausgestaltet sein. Besonders günstig hat sich eine Konstruktion erwiesen, bei welcher die Strombrecher derart dimensioniert sind, dass sie bei Anschluss des Zwischenstücks an die Dispergiermaschine bis dicht über das Rotor-Stator-System, insbesondere bis dicht über den Rotor geführt sind. Der Abstand zwischen Strombrecher und Rotor beträgt dabei vorzugsweise etwa 0,25 % bis etwa 1 % des Rotordurchmessers.
  • Um auf besonders zuverlässige Weise eine gezielte Strömungsführung im Fluid beim Zuströmen auf das Rotor-Stator-System erreichen zu können, stellt die Erfindung ein Fördermittel zum Einsatz in einem oben beschriebenen Zwischenstück zur Verfügung, wobei das Fördermittel einen Rührer mit zumindest einem Rührerblatt und einer Hülse aufweist, welche das Rührerblatt umschließt.
  • Die Hülse, welche auf als Führungshülse in Bezug auf das von ihr im Betrieb geförderte Fluid bezeichnet werden kann, bildet einen Mantel um das Rührerblatt und verhindert so den Austoß von Fluid radial von der Längsachse des Schaftes des Rührers her gesehen nach außen. Indem die Führungshülse für den radialen Ausstoß von Fluid verhindert, wird für einen höheren Rückfluß von der Druck- auf die Saugseite des Rührers gesorgt. Ein Propellerrührer als Fördermittel kann so beispielsweise etwa das Doppelte bis Dreifache des Volumenstroms fördern, der von dem Rotor-Stator-System verarbeitet wird. Der Propeller ist mit der Führungshülse in dem flexiblen Element so positioniert, dass eine optimale Rückführung des entsprechenden Ansaugüberhangs in eine Richtung quer strömungsaufwärts vor das RÜhrerblatt erfolgt. Die Rückführung des Fluids auf die Saugseite des Fördermittels erfolgt unter einem Winkel, so dass eingesaugtes und rückgeführtes Produkt kollidieren und die Kollision eine mögliche Rotationsbewegung im Ansaugkanal abbremst. Dadurch wird die Rotationsbewegung im Fluid unterdrückt und mögliche Überkonzentrationen und Inhomogenitäten im Produkt werden vermieden. Desweiteren wird durch die teilweise Rückführung eine bessere Durchmischung des Produkts vor der Zuführung zur Dispergiermaschine erreicht.
  • Nach der Behandlung des Fluids in der Dispergiermaschine sind häufig zumindest teilweise zerkleinerte Tropfen oder Partikel enthalten, die noch nicht ausreichend stabilisiert sind und daher dazu neigen, wieder zu koaleszieren beziehungsweise zu aggregieren. Um dies zu vermeiden ist es vorteilhaft, auch nach dem Verlassen der Rotor-Stator-Dispergiermaschine turbulente Strömungsverhältnisse beibehalten zu können, damit die Partikel nicht in laminarer Strömung lange relativ nahe beieinander sein können, sondern lediglich relativ kurzen Kollisionen ausgesetzt sind. Koaleszenz beziehungsweise Aggregation werden darüber hinaus gefördert in Bereichen, in welchen das strömende Fluid einem Staudruck unterworfen ist. Herkömmliche Dispergiermaschinen verwenden häufig ein Rohr als Auslasskanal aus der Rotor-Stator-Dispergiermaschine. Vergleicht man die Austrittsflächen des äußeren StatorZahnkranzes mit der Rohrquerschnittsfläche, so stellt man fest, das die Rohrquerschnittsfläche erheblich kleiner ist. Der gesamte radiale Ausstoß an Fluid durch den äußeren Statorzahnkranz muß durch diese kleine Öffnung, dies bedeutet, dass das Fluid zum Teil lange Wege zurückzulegen hat und Bereichen mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten sowie Zonen mit geringer Bewegung und hohem Staudruck ausgesetzt ist. Ein solcher Auslasskanal in Gestalt eines relativ dünnen Rohres kann wie eine plötzliche Verengung angesehen werden.
  • Basierend auf den Grundlagen zur Definition turbulenter und laminarer Strömungen von Reynolds, wonach der Gesamtwiderstand in einem strömenden Fluid die Summe aus Reibungswiderstand und Druckverlustwiderstand ist, hat der Erfinder folgende Maßnahmen zur Minimierung des Gesamtwiderstandes entwickelt.
    • Der Reibungswiderstand ist dadurch zu minimieren, dass man nach Möglichkeit für eine laminare Grenzschicht sorgt. Dazu sind sanfte Übergänge in der geometrischen Gestaltung der strömungsführenden Bauteile vorgesehen.
    • Der Druckverlustwiderstand im Falle der Umströmung eines Körpers ist dadurch zu verringern, dass man die Ablösestelle möglichst weit ans Körperheck verschiebt. Beide Einflüsse überlagern sich.
  • Der Übergang von laminaren zu turbulenten Strömungsverhältnissen läßt sich durch Angabe der Reynoldszahl Re für verschiedene Arten von Strömungen charakterisieren. Nach der Modellvorstellung von Reynolds wird eine laminare Strömung bei höheren Re-Zahlen instabil gegenüber Störungen wie zum Beispiel Schwinkungen, Vibrationen, die in Natur und Technik immer vorhanden sind. Derartige kleinen Störungen können den Umschlag von laminarer in turbulenter Strömung beeinflussen und verursachen. Für die Durchströmung eines Rohres mit kreisförmigem Querschnitt erfolgt dieser Umschlag etwa bei Re = 2300. Je heftiger diese Störungen sind, bei desto kleineren Werten der Reynolds-Zahl findet der Umschlag von laminarer in turbulente Strömung statt.
  • Gemäß der Erfindung werden daher der Auslasskanal oder die Auslasskanäle so ausgeführt, dass ein großer, sanfter, kontinuierlicher Übergang vom äußeren Zahnkranz im Rotor-Stator-System hin zur das Fluid abführenden Leitung, beispielsweise der Rezirkulationsleitung geschaffen wird, um Staudrücke zu minimieren. Dies wird durch einen großflächigen Auslasskanal erreicht. An den großflächigen Ober- und Unter-Seiten des Auslasskanals, das heißt den flachen Seiten, kommt es durch die hohen Fließgeschwindigkeiten zu Schwingungen beziehungsweise Vibrationen, welche die turbulente Strömung unterstützen.
  • Die Erfindung stellt damit eine Auslasseinrichtung für den Anschluss einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine, welche ein Rotor-Stator-System mit zumindest einem Zahnkranz umfaßt, an eine Abführvorrichtung, insbesondere eine Rohrleitung, zum Abführen von Fluid aus der Rotor-Stator-Dispergiermaschine, zur Verfügung, wobei die Auslasseinrichtung zumindest einen Auslasskanal mit einer ersten Öffnung zum Anschluss an das Außengehäuse der Rotor-Stator-Dispergiermaschine in einem das Rotor-Stator-System umfangenden Bereich, und mit einer zweiten Öffnung zum Anschluss an die Abführvorrichtung aufweist. Die erste Öffnung weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Die zweite Öffnung weist eine kleinere Querschnittsfläche als die erste Öffnung auf, so dass über die Länge der Auslasseinrichtung zwischen der ersten und der zweiten Öffnung im wesentlichen ein Konus ausgebildet wird.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung entspricht die Länge Laus des Auslasskanals mindestens der größten Breite der rechteckigen ersten Öffnung. Auf diese Weise wird ein besonders langer, flacher Auslasskanal mit allmählichem Übergang in die Abführeinerichtung gebildet. Um die Auslasseinrichtung einfach an ein Rohr anschließen zu können sieht die Erfindung des Weiteren vor, dass die zweite Öffnung kreisförmig ist.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Anschlussmaß der ersten Öffnung an die Durchtrittsfläche des Fluids beim Verlassen des Rotor-Stator-Systems angepaßt, um die Strömung im wesentlichen ohne die Passage einer Erweiterung oder Verengung aus dem Rotor-Stator-System in die Auslasseinrichtung übernehmen zu können. Dazu ist die Auslasseinrichtung derart ausgebildet, dass die Summe der Querschnittsflächen der ersten Öffnung aller Auslasskanäle im wesentlichen der gesamten freien Fläche zwischen den Zähnen des Zahnkranzes entspricht, welcher der ersten Öffnung benachbart ist, wenn die Auslasseinrichtung an die Rotor-Stator-Dispergiermaschine angeschlossen ist.
  • Bei der Verwendung von einem Auslasskanal kann es auch bei einer gemäß der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserten Strömungsführung bisweilen schwierig sein, einen turbulenten Durchfluß durch die gesamte Anlage mit der Rotor-Stator-Dispergiermaschine zu gewährleisten. Eine weitere erhebliche Verbesserung ist daher eine Auslasseinrichtung mit mehreren Auslasskanälen. Bereits bei einem sogenannten "dualen Auslasskanal", das heißt einer Auslasseinrichtung mit zwei Auslasskanälen, kann die turbulente Strömung im Betrieb zuverlässiger aufrecht erhalten werden. Als besonders günstig hat sich ein sogenannter "Quadro-Auslasskanal", das heißt eine Auslasseinrichtung mit vier Auslasskanälen, erwiesen. Gerade auch die unten näher beschriebene Kontur der vier Auslasskanäle trägt dazu bei, dass es zu verhältnismäßig niedrigen Staudrücken an den Wandungen und Übergängen kommt. Eine Reynolds-Zahl Zahl von Re = 10.000 kann aufrechterhalten werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Auslasseinrichtung verläuft der Übergang von der Seitenfläche eines Auslasskanals in die Seitenfläche eines benachbarten Auslasskanals bogenförmig. Zu dem gewünschten sanften Übergang der strömungsführenden Bauteile ineinander trägt des Weiteren bei, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die erste Öffnung eines jeden Auslasskanals derart dimensioniert ist, dass jeder Auslasskanal im wesentlichen direkt in den benachbarten Außenkanal übergeht.
  • Um die Auslasseinrichtung flexibel für die Verarbeitung unterschiedlicher Stoffsysteme nutzen zu können und insbesondere eine sogenannte "late product differentiation" (LPD) zu ermöglichen, umfaßt in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zumindest ein Auslasskanal eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von Zutaten in fester, pulverförmiger und/oder flüssiger Form zu dem Fluid, welches im Betrieb durch den Auslasskanal aus der Rotor-Stator-Dispergiermaschine fließt.
  • Im Rahmen der Erfindung wird anhand der einzelnen Maßnahmen die Herstellung stabiler, feindisperser Dispersionen vereinfacht, indem die Strömungsführung durch eine gesamte Anlage mit Vorlagebehälter, Rotor-Stator-Dispergiermaschine und Zirkulationsleitung beziehungsweise Abführeinrichtung zum Aufrechterhalten turbulenter Strömungsverhältnisse optimiert wird. Um beim Rückführen von Produkt aus der Rotor-Stator-Dispergiermaschine in den Behälter das rückgeführte Produkt gleichmäßig und mit einer möglichst geringen Störung der Strömungsverhältnisse in dem im Behälter befindlichen Fluid in dieses einzubringen, schafft die Erfindung einen Einlaufstutzen.
  • Der Einlaufstutzen ist zum Zuführen von Fluid in einen Behälter ausgebildet, welcher zur Bereitstellung des Fluids für die Behandlung in einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine vorgesehen ist und eine Längsachse und eine Behälterwand mit einer Behälterwandöffnung aufweist. Der Einlaufstutzen hat eine Einlauföffnung zum Anschluss an die Behälterwandöffnung und eine Zulauföffnung zum Anschluss an eine Zuführleitung. Des weiteren umfaßt der Einlaufstutzen eine Rohrleitung, welche sich im wesentlichen zwischen der Zulauföffnung und der Einlauföffnung erstreckt. Die Rohrleitung weist zumindest abschnittsweise eine gegenüber der Senkrechten auf die Längsachse des Behälters um einen Winkel im Bereich von 0° bis 180°, vorzugsweise eine Winkel im Bereich von 30° bis 150°, besonders bevorzugt um einen Winkel im Bereich von 90° bis 120° geneigte Längsachse auf. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schließt die Längsachse der Rohrleitung mit der Senkrechten auf die Längsachse des Behälters einen Winkel α100 (alpha_100) ein, wobei der Einlaufstutzen zum Anschluss an einen Behälter vorgesehen ist, welcher einen im Winkel αKonus konisch zum Auslass zulaufenden Behälterboden aufweist, welcher mit der Behälterwandöffnung in Kontakt steht. Der Wert des Winkels α100 beträgt dabei α100 = 90°bis 90° + ½ αKonus.
  • Um die gewünschten definierten Strömungsverhältnisse einstellen zu können, genügt gemäß der Erfindung ein Einlaufstutzen, bei welchem die Länge LEin der Rohrleitung einen Wert im Bereich des doppelten bis sechsfachen des Durchmessers der Zulauföffnung aufweist.
  • Zur gleichmäßigen Verteilung des im Betrieb in den Behälter zurückgeführten Produkts über einen möglichst großen Bereich zu ermöglichen, weist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Bereich der Rohrleitung, welcher in die Zulauföffnung mündet, eine sich in Richtung auf die Zulauföffnung hin erweiternde Kontur auf. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Bereich der Rohrleitung, welcher in die Einlauföffnung mündet, eine sich in Richtung auf die Einlauföffnung hin kreisbogenförmig mit einem Radius R1 erweiternde Kontur aufweist, wobei der Radius R1 vorzugsweise mindestens die Hälfte des Durchmessers D1 des Behälters ist.
  • In einer Anlage zum Herstellen von Dispersionen, welche zumindest ein Fluid enthalten, umfassend einen Behälter, eine Rotor-Stator-Dispergiermaschine und eine Abführvorrichtung sowie ein Zwischenstück für den Anschluss der Rotor-Stator-Dispergiermaschine an den Behälter und/oder eine Auslasseinrichtung für den Anschluss der Rotor-Stator-Dispergiermaschine an die Abführvorrichtung und/oder einen Einlaufstutzen zum Zuführen des Fluids in den Behälter können einer oder mehrere Aspekte der Erfindung genutzt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dieselben Bauteile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
    • Figur 1
    schematische Darstellungen 1A, 1B, 1C, 1D und 1E von Anlagen gemäß dem Stand der Technik,
    Figur 2
    eine schematische Darstellung eines an einen Behälter und eine Rotor-Stator-Dispergiermaschine angeschlossenen Zwischenstücks gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt,
    Figur 3
    eine schematische Darstellung eines Teils eines Zwischenstücks gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt,
    Figur 4
    ein erfindungsgemäßes Fördermittel in Vorderansicht, Aufsicht und Teilschnitt,
    Figur 5
    eine schematische Darstellung eines an einen Behälter und eine Rotor-Stator-Dispergiermaschine angeschlossenen Zwischenstücks gemäß einer weiteren Ausführungsform im Querschnitt,
    Figur 6
    eine Fotografie einer Innenansicht eines Strombrecher aufweisenden Teils eines Zwischenstücks gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
    Figur 7
    eine schematische Darstellung eines Stators für eine Rotor-Stator-Dispergiermaschine, insbesondere zur Verwendung in Kombination mit einer Auslasseinrichtung gemäß der Erfindung, im Querschnitt und teilweise geschnittener Aufsicht,
    Figur 8
    eine Skizze des Rotor-Stator-Systems im Querschnitt zur Illustration einer Modellvorstellung der Durchströmung,
    Figur 9
    eine schematische Darstellung einer Auslasseinrichtüng, welche an eine Rotor-Stator-Dispergiermaschine angeschlossen ist, in Aufsicht mit Illustration einer Modellvorstellung der Durchströmung,
    Figur 10
    eine schematische Darstellung einer Auslasseinrichtung gemäß der Erfindung in Vorderansicht, Rückansicht und Seitenansicht, Aufsicht sowie in perskeptivischer Darstellung von vorne und von hinten,
    Figur 11
    eine schematische Darstellung einer Auslasseinrichtung mit zwei Auslasskanälen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in Aufsicht,
    Figur 12
    eine schematische Darstellung einer Auslasseinrichtung mit vier Auslasskanälen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in Aufsicht und Seitenansicht,
    Figur 13
    eine schematische Darstellung eines Einlaufstutzens in Aufsicht und im Schnitt (Figur 13A), eine schematische Darstellung des Anschlusses eines Einlaufstutzens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in Seitenansicht (Figur 13B), eine schematische Darstellung eines Einlaufstutzens gemäß einer weiteren Ausführungsform in Aufsicht (Figur 13C),
    Figur 14
    eine schematische Darstellung einer Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Seitenansicht,
    Figur 15
    eine schematische Darstellung einer Zuführeinrichtung im Längsschnitt sowie in Seitenansicht,
    Figur 16
    ein Diagramm, in welchem der Volumenstrom des das Rotor-Stator-Systems in Abhängigkeit von dessen Drehzahl aufgetragen ist,
    Figur 17
    ein Diagram, in welchem das Drehmoment des Rotor-Stator-Systems in Abhängigkeit von dessen Drehzahl aufgetragen ist,
    Figur 18
    eine schematische Darstellung einer auf eine Late Product Differentiation ausgelegten Anlage, genannt "LPD-Unit", gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt,
    Figur 19
    eine schematische Darstellung einer auf eine Late Product Differentiation ausgelegten Anlage, genannt "LPD-Unit", gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt.
  • Zum Herstellen von Dispersionen, welche mindestens ein Fluid enthalten, werden häufig Anlagen eingesetzt, von denen in Figur 1 einige typische Beispiele gezeigt sind. Die Anlagen umfassen einen Behälter 1, in welchem zumindest das Fluid vorgelegt wird, eine Dispergiermaschine 4 und eine Zirkulationsleitung 10, mit welcher das in der Dispergiermaschine 4 behandelte Fluid in den Behälter 1 zurückgeführt wird. Diese Grundform einer Anlage ist in Figur 1A dargestellt.
  • Zur Verbesserung der Durchmischung des Fluids im Behälter 1 kann ein Schaberrührwerk eingesetzt werden (siehe Figur 1B). Des weiteren können zur Unterstützung der Durchmischung des Fluids im Behälter 1 gegenläufige Rührwerke, wie in Figur 1C gezeigt, verwendet werden. Die Dispergiermaschine 4 wird an dem Behälterboden des Behälters 1 angeschlossen und saugt das Produkt aus dem Behälter 1 an und pumpt es über die Zirkulationsleitung 10, welche außerhalb des Behälters 1 liegt, wieder in den Behälter hinein. Die Rückführung des Produkts in den Behälter kann zum einen oberhalb des Fluidspiegels, wie in den Abbildungen in Figur 1 jeweils oben gezeigt, erfolgen.
  • Zum anderen kann die Rückführung des Produkts in den Behälter 1 auch unterhalb des Fluidspiegels erfolgen, wie die in den Abbildungen von Figur 1 dargestellten, seitlich von der Zirkulationsleitung 10 in den Behälter 1 führenden Leitungen, zeigen. Die Dispergiermaschine 4, welche unter den Behälter 1 angebaut ist, ist zur Herstellung fließfähiger Stoffe, wie zum Beispiel Emulsionen oder Suspensionen ausgelegt. Diese werden im folgenden mit dem Begriffen "Dispersion" beziehungsweise "Fluid" umfaßt und teilweise auch als "Produkt" bezeichnet.
  • In den in den Figuren 1A bis 1C dargestellten Anlagen ist die Rotor-Stator-Dispergiermaschine koaxial zur Längsachse des Behälters 1 angeordnet. Die Figur 1D zeigt eine Lösung aus dem Stand der Technik, bei welcher die Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 in einem Winkel von mehr als 90° bis 120°, geneigt zur Längsachse des Behälters 1, angeordnet ist. Bei dieser Anordnung entstehen große Probleme durch Biegespannungen innerhalb der Dispergiermaschine. Die Rotationsbewegung des Fluids, welche dieses aus dem Behälter beim Übergang in die Rotor-Stator-Dispergiermaschine mitbringt, wird jedoch nur leicht eingedämmt. Figur 1E zeigt eine im Winkel von 90° zur Längsachse des Behälters 1 angeordnete Rotor-Stator-Dispergiermaschine. Bei dieser Lösung aus dem Stand der Technik entsteht jedoch der Nachteil einer verringerten Ansaugleistung für die Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 infolge der Umlenkung des Fluids.
  • Besonders Rotor-Stator-Dispergiermaschinen mit hoher Ansaugleistung neigen jedoch dazu, dass aus dem Behälter 1 angesaugte Fluid in eine Drehbewegung zu versetzen, wodurch die Dispergierleistung herabgesetzt wird. Das bedeutet beispielsweise eine verbreiterte Tropfengrößenverteilung bei einer Emulsion. Bei einem geringen Fluidniveau im Behälter 1 kommt es unter diesen Bedingungen zu einer Trombenbildung, wodurch auch noch Luft in unerwünschter Weise in das Produkt eingezogen werden kann. Um diese nachteilige Rotation des Fluids beim Übergang vom Behälter 1 in die Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 zu vermeiden, dient das erfindungsgemäße Zwischenstück 2.
  • In Figur 2 ist eine Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei welcher ein Zwischenstück 2 am Übergang zwischen dem Behälter 1 und der Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 angeordnet ist. Die Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 umfaßt ein Gehäuse 40, in welchem ein Rotor 41 und ein Stator 42 koaxial zueinander angeordnet sind. Der Rotor 41 ist drehbar auf einer Welle 115 gelagert und kann von einem Motor 116 angetrieben werden. Der Behälter 1 geht an seinem Boden 14 in den Auslass 12 des Behälters über. Das Zwischenstück 2 ist in dem Bereich 13, der dem Auslass 12 benachbarten Behälterwand des Bodens 14 an den Behälter 1 angeschlossen, wie in Figur 2 durch die angedeutete Flanschverbindung gezeigt ist.
  • Das Zwischenstück 2 weist eine Öffnung 21 zum Anschluss an den Auslass 12 des Behälters 1 auf. Das Zwischenstück weist eine weitere Öffnung 22 auf, mit welchem das Zwischenstück 2 an die Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 angeschlossen werden kann. In Betrieb wird Fluid aus dem Behälter 1 durch den Auslass des Behälters 2 in die Öffnung 21 des Zwischenstücks 2 eingezogen. Es passiert das Zwischenstück 2 durch dessen Rohrleitung 25 und tritt durch die Öffnung 22 in die Dispergiermaschine 4 ein. Das Fluid durchläuft den Rotor 41 und den Stator 42 der Dispergiermaschine 4 und tritt durch eine Auslasseinrichtung 5 aus der Dispergiermaschine aus.
  • Die Rohrleitung 25 des Zwischenstücks 2 weist eine Längsachse 250 auf, welche um den Winkel α30 gegenüber der Längsachse 150 des Behälters 1 geneigt ist. Der Winkel α30 kann im Bereich von weniger als 90° gewählt werden. Zweckmäßigerweise liegt der Winkel α30 im Bereich zwischen etwa 20° und etwa 60°. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Zwischenstück 2 zum Anschluss einer Dispergiermaschine 4 an einen Behälter 1 vorgesehen, der einen zum Auslass 12 des Behälters konisch im Winkel αKonus zulaufenden Behälterboden 14 aufweist. Beträgt der Winkel α30 die Hälfte des Winkels αKonus, tritt Fluid aus dem Behälter 1 im Betrieb in die Rohrleitung 25 des Zwischenstücks 2 direkt über den Konusboden in die Dispergiermaschine unter den Winkel des Zwischenstücks zugeführt. Die Zufuhr des Produkts direkt über den Konusboden in die Dispergiermaschine infolge des Einbauwinkels α30 des Zwischenstücks 2 führt zu einer besonders effizienten Unterdrückung der Rotationsbewegung des Fluids im Behälter vor dem Eintritt des Fluids in die Dispüergiermaschine 4.
  • In der in Figur 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Zwischenstück 2 zweiteilig ausgebildet und umfaßt einen ersten Teil 210 und einen zweiten Teil 220. Die Teile 210 und 220 können integrale Bestandteile eines Zwischenstücks 2 gemäß der Erfindung sein. Um eine größere Flexibilität zu erreichen, ist, wie in Figur 2 gezeigt, das Teil 220 jedoch als separate Komponente des Zwischenstücks 2 ausgebildet und kann nach Art einer Flanschverbindung an das Teil 210 angeschlossen werden. Das Zwischenstück 2 übernimmt mit der in Figur 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform eine Doppelfunktion. Zum einen erfolgt die Umlenkung des Fluids vor dem Eintritt in die Dispergiermaschine um den Winkel α30 und zum anderen kann das Fluid mit Hilfe eines Rührers 31 vor dem Eintritt in die Dispergiermaschine 4 beschleunigt werden.
  • Der Rührer 31 umfaßt beispielsweise ein Propeller-Rührerblatt 3 und ist mit seinem Schaft 32 mit dem Rotor 41 verbunden. Der Rührer 31 kann dann im Betrieb durch den Motor 116 angetrieben werden. Mit Hilfe des Rührers tritt das aus dem Behälter 1 und die Rohrleitung 25 des Zwischenstücks der Dispergiermaschine 4 zugeführte Fluid in Richtung auf die Dispergiermaschine hin beschleunigt. Durch die Unterdrückung der Rotationsbewegung, welche das Fluid aus dem Behälter 1 mitbringen könnte, in der Rohrleitung 25 des Zwischenstücks 2, wird eine optimale Pumpwirkung der Dispergiermaschine unterstützt.
  • Diese Wirkung gemäß der Erfindung wird weiter verbessert, indem das Zwischenstück 2 eine Kammer 26 zur Aufnahme des Rührerblatts 3 definiert, wobei die Kammer 26 durch Auswölbung der Wand des Zwischenstücks von dessen Längsachse 250 her gesehen, nach außen begrenzt wird. Wird das zweite Teil 220 des Zwischenstücks 2 von einem flexiblen Element, wie einem Gummibalg 27 gebildet, ist durch den zweiteiligen Aufbau des Zwischenstücks 2 eine besonders einfache und gleichzeitig robuste Konstruktion des Zwischenstücks 2 möglich.
  • Der Gummibalg 27 weist eine vorgeformte bauchige Struktur auf (vergleiche Figur 2) und bildet so die Kammer 26, in welcher das Rührerblatt 3 des Rührers 31 angeordnet werden kann. Die Auswölbung im Bereich der Kammer ist dabei in etwa so bemessen, dass zwischen der äußeren Begrenzung des Rührerblattes 3 und der benachbarten Innenwand des Gummibalgs 27 ein Ringspalt ausgebildet wird, dessen Breite höchstens etwa ein Viertel des Durchmessers der Rohrleitung 25 außerhalb der Kammer 26, dass heißt in dem Bereich, in dem keine Auswölbung vorhanden ist, ist.
  • Durch diese Konstruktion wird mit Hilfe des Rührerblatts 3 im Betrieb durch den Rührer 31 der Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 aus dem Behälter 1 ein Volumenstrom Vpropeller (V_punkt_Propeller) zugeführt. Die Dispergiermaschine 4 selbst hat eine Förderleistung VRS (V_punkt_RS). Der Propeller ist so ausgelegt, dass der Volumenstrom VPropeller größer ist als die Förderleistung VRS. Das heißt, ein Anteil des durch den Rührer der Dispergiermaschine zugeführten Fluids strömt in Betrieb nicht durch die Dispergiermaschine, sondern wird von der Druckseite 34 des Fördermittels 3 wieder auf die Saugseite 35 gebracht.
  • Für eine besonders effiziente Strömungsführung ist es vorteilhaft, die auftretenden Teilströme, möglichst gerichtet, insbesondere im Zwischenstück 2 zu führen. Um dafür den radialen Ausstoß von Fluid aus dem Rührerblatt 3 nach außen und damit die Rückvermischung dieses nach außen ausgestoßenen Produkts mit auf die Dispergiermaschine 4 am Rührerblatt 3 vorbei zu- und von der Dispergiermaschine 4 nicht aufgenommenen und daher zurückströmenden Produkt zu vermeiden, weist das Rührerblatt eine Hülse 33 auf. Dadurch wird Fluid, welches in dem von der Hülse umschlossenen Bereich von dem Rührerblatt auf die Druckseite und damit zur Dispergiermaschine hin geförderdes Fluid, gerichtet in einem definierten Teilstrom, der Dispergiermaschine zugeführt.
  • Gleichzeitig bildet die Hülse die Innenwand des oben beschriebenen Ringkanals in der Kammer 26 zwischen der Außenwand der Kammer und dem Rührerblatt 3. Der Ringkanal ist somit innen zur Längsachse 250 des Rohrs 25 hin von der Hülse begrenzt und bildet einen definierten Bereich für den von der Druckseite 34 auf die Saugseite 35 des Rührerblatts 3 zurückströmenden Fluids. Auf der Saugseite 35 kollidiert das rückgeführte Fluid mit dem angesaugten Fluid, so dass durch die Kollision der entsprechenden Produktströme ein weiterer Beitrag zum Verhindern einer Rotation des Fluids beim Austritt aus dem Behälter geleistet wird.
  • In Figur 3 ist der zweite Teil 220 des Zwischenstücks 2 dargestellt. Ein Gummibalg 27 stellt die Wand 23 der Rohrleitung des Zwischenstücks in dessen zweitem Teil 220 dar. An seinen beiden Enden weist der Gummibalg 27, eine von der Längsachse 250 des Teils 220 aus gesehen nach außen umgebogene Lippe auf. Die Lippe steht in Eingriff mit einem entsprechend geformten Anschlussring, mit welchem das Teil 220 nach Art einer Flanschverbindung mit dem ersten Teil 210 des Zwischenstücks beziehungsweise mit dem Gehäuse 40 der Dispergiermaschine verbunden werden kann. Der Gummibalg 27 ist in seinem mittleren Bereich 260 konvex geformt. Der Gummibalg 27 weist demnach eine Ausbuchtung auf, welche eine Kammer 26 definiert.
  • In der Kammer 26 kann ein Fördermittel 3, insbesondere ein Rührerblatt, angeordnet werden. In Figur 4 ist ein entsprechendes Fördermittel dargestellt. Der Rührer 31 umfaßt einen Schaft 32. Mit dem Schaft 32 kann der Rührer 31 mit dem Rotor 41, beziehungsweise der Antriebswelle 115 der Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 (in Figur 4 nicht dargestellt) verbunden werden. Der Rührer 31 weist ein Rührerblatt 3 auf, welches einen Propellerrührer definiert. Das Rührerblatt 3 ist an seinen äußeren Enden mit einer Hülse 33 verbunden. Die Hülse 33 bildet somit einen Mantel für das Rührerblatt 3 und wirkt in Betrieb als Führungshülse für Flüssigkeit, welche von der in der Figur 4 unterhalb des Rührerblatts 3 liegenden Druckseite des Rührerblatts außen an der Hülse 33 vorbei geführten Flüssigkeit auf die in Figur 4 oberhalb des Rührerblatts 3 liegenden Saugseite, sowie für von der Saugseite auf die Druckseite unter Passage des Rührerblatts 3 durch die Hülse 33 hindurch zu führenden Flüssigkeit.
  • Durch das speziell ausgebildete Fördermittel 3 mit einem Propellerrührer in einer Führungshülse, welches in einem flexiblen Element, wie einem Gummibalg, plaziert wird, wobei der Gummibalg konvex geformt wird, ermöglicht die Erfindung eine deutliche Verbesserung der Ansaugkonditionen für das verwendete Rotor-Stator-Dispergiersystem. Durch die Unterdrückung der Rotationsbewegung des Fluids im Zwischenstück 2 kann eine optimale Pumpwirkung erreicht werden. Durch die Ansaugung durch den Propeller-Rührer mit Ringhülse hindurch wird der radiale Ausstoß von Fluid aus dem Rührerblatt einerseits und andererseits ein verbesserter Rückfluß von Fluid von der Druck- auf die Saugseite des Rührers erreicht.
  • Mit Hilfe des Propeller-Rührers mit Ringhülse kann ein Volumenstrom VPropeller angesaugt werden, welcher zwei- bis dreimal größer ist, als der Durchsatz VRS. Damit wird eine Rückführung des überschüssig angesaugten Volumenstroms ΔV auf die Saugseite des Propellers erreicht. Dieser zurückgeführte Volumenstrom wird unter einem Winkel in den von Rohrleitung 25 im Zwischenstück 2 gebildeten Ansaugkanal zurückgeführt, so dass eine Kollision des angesaugten mit dem Zurückgeführten Produkts entsteht. Durch diese Kollision wird die Rotationsbewegung, die durch die hohe Drehzahl des Propellers entsteht, stark gebremst. Ein Teil des zurückgeführten Volumenstroms wird dadurch wieder dem Propeller, bei leichtem Überdruck, zugeführt. Dies fördert des weiteren die Durchmischung des Produkts, bevor das Produkt das Rotor-Stator-System erreicht. Statt eines Propellerrührers kann im Rahmen der Erfindung auch jede andere Rührerblattgeometrie verwendet werden, die der Fachmann insbesondere für das jeweils zu verarbeitende Produkt als geeignet ansieht.
  • Die Rückführung des Volumenüberhangs ΔV auf die Saugseite des Propellers wird gemäß der Erfindung möglich durch das Zusammenspiel des Rührerblatts mit einer Hülse, da der radiale Ausstoße aus dem Rührer unterbunden wird, der Geometrie des flexiblen Elements (vergleiche Figur 3) und dem Anschlusswinkel der Rotor-Stator-Dispergiermaschine α30 über das Zwischenstück mit zumindest einem Bereich, der dem Auslass 12 benachbarten Behälterwand 13 parallelen Anschluss.
  • Im Betrieb, wenn die Rotor-Stator-Dispergiermachine an den Behälter angeschlossen ist, wird Fluid, welches sich im Bereich des konischen Behälterbodens befindet, zusätzlich durchmischt. Diese zusätzliche Durchmischung ist dann besonders stark ausgeprägt, wenn dem im Konus des Behälterbodens 14 befindlichen Fluid möglichst wenig bis gar kein Fluid nachgeführt wird. Wie unten anhand von Figur 14 erläutert werden wird, werden diese Bedingungen dadurch erreicht, dass die Rückführung von über die Auslasseinrichtung 5 (vergleiche Figur 2) aus der Dispergiermaschine 4 entnommenen Produkt in den Behälter 1 über die Rezirkulationsleitung 10 mit Hilfe eine Ventils 9 (siehe Figur 14) stark gedrosselt, beziehungsweise vollständig unterbunden wird.
  • Die obigen Ausführungen beschreiben unter anderem, wie mit Hilfe der Erfindung die Rotation des Fluids im Bereich des Übergangs aus dem Behälter 1 unterdrückt werden kann. Wird ein Zwischenstück 2 mit einem Fördermittel 3 verwendet, besteht infolge der Drehbewegung des Rührers auch im Bereich des Übergangs von der Druckseite des Fördermittels 3 hin zur Dispergiermaschine 4 die Gefahr, dass das Fluid in eine Rotationsbewegung versetzt und somit die Ansaugleistung der Dispergiermaschine 4 vermindert wird. Um diese Gefahr zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, dass zumindest ein Strombrecher im Zwischenstück 2, vor dem Dispergierraum der Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4, angeordnet wird. Der Dispergierraum wird von dem Rotor 41 und dem Stator 42 der Dispergiermaschine 4 definiert.
  • In Figur 5 ist die entsprechende Anordnung mit einem Strombrecher 28 dargestellt. Auf der Saugseite der Rotor-Stator-Dispergiermaschine wird im Betrieb Fluid durch die Rohrleitung 25 des Zwischenstücks dem Dispergierraum mit Hilfe des Rührers 31, von dem in Figur 4 der Schaft 32 gezeigt ist, zugeführt. Mindestens ein Strombrecher 28 ist in diesem Bereich angeordnet. Der Strombrecher 28 umfaßt ein, entlang der Längsachse 250 der Rohrleitung 25, angeordnetes längliches Element, wie beispielsweise ein Blech. Dieses Blech ist radial zur Längsachse 250 in der Rohrleitung 25 angeordnet und beispielsweise über eine Schraubverbindung 280 mit der Wand 23 der Rohrleitung 25 verbunden.
  • Neben der Wand 23 kommt auch jede andere feststehende, das heißt nicht rotierende, Komponente der Dispergiermaschine 4 als Halterung für den Strombrecher 28 in Frage. Beispielsweise kann der Strombrecher 28 auch mit seinem Außengewinde mit einem Innengewinde kämmen, welches an einem Flansch angebracht ist, der zur Befestigung des Zwischenstücks 2 am Gehäuse der Dispergiermaschine 4 vorgesehen ist. Dieser bildet in der in Figur 5 (vergleiche auch Figur 2) dargestellten Ausführungsform der Erfindung einen dritten Teil 230 des Zwischenstücks 2.
  • Der Teil 230 liegt unmittelbar vor der zweiten Öffnung 22 des Zwischenstücks, durch welche im Betrieb Fluid aus dem Zwischenstück 2 in die Dispergiermaschine 4 eintritt. Die Strombrecher 28, die vom Fachmann auch als Leitbleche bezeichnet werden, sind bis dicht an den Rotor 42 herangeführt, um eine Rotationsbewegung bei der Übernahme des Produkts aus der Rohrleitung 25 in den Dispergierraum des Rotor-Stator-Systems zu verhindern. Zwischen den Strombrechern 28 und der der Längsachse 250 zugewandten Innenseite des inneren Zahnkranzes des Rotors entsteht im Betrieb eine starke Verwirbelung im Fluid, wenn der innere Zahnkranz des Rotors die Strombrecher passiert. Dadurch wird die Durchmischung des Produkts weiter verbessert. Das Zwischenstück 2 und insbesondere das Teil 230 mit den Strombrechern 28 kann in Kombination mit verschiedensten Rotorzahngeometrien verwendet werden.
  • In der in Figur 5 gezeigten Darstellung sind drei Strombrecher 28 gleichmäßig um die Längsachse 250 herum verteilt angeordnet. In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung für das Zwischenstück 2 in dem Teil 230 gezeigt. In der Rohrleitung 25 sind vier Strombrecher 28 angeordnet. In Betrieb durchströmt das Fluid das Teil 230 in der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform in Richtung in die Papierebene hinein. Bevor das Fluid durch die Öffnung 22 in die Dispergiermaschine 4 eintritt, passiert es die Strombrecher 28. Eine mögliche Drehbewegung des Fluids, welche durch die Rotation des Rührers 31 hervorgerufen werden kann
  • (vergleiche Figur 2), wird dabei durch die Strombrecher 28 durchbrochen.
  • Durch die Umlenkung der Strömung des den Behälter 1 verlassenden Fluids mit Hilfe des Zwischenstücks 2 und dessen Neigung um den Winkel α30 gegenüber der Längsachse des Behälters, sowie durch Verwendung des flexiblen Elements 27 mit der Ausbuchtung zur Bildung einer Kammer 26, in welcher ein Fördermittel 3 angeordnet werden kann und schließlich durch die Strombrecher 28, stellt die Erfindung Mittel zur Verfügung, mit welchen eine Rotation des Fluids unmittelbar vor dem Eintritt in die Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 verhindert werden kann. Dies hat den weiteren Vorteil, dass elektrostatische Aufladungen im Produkt vermieden werden können, welche insbesondere einen unkontrollierbaren Einfluß auf die Wirkung der Emulgatoren haben können. Derartige elektrostatische Aufladungen des Produkts werden durch Reibung zwischen dem Produkt und dem Gehäuse der Dispergiermaschine verursacht. Durch eine Rotation des Produkts entsteht eine zusätzliche Reibung zwischen dem Produkt und dem Gehäuse.
  • Um im Dispergierraum Kavitation im Fluid beim Betrieb der Rotor-Stator-Dispergiermaschine und/oder Koaleszenz von Tropfen beziehungsweise Aggregation von Partikeln der durch die Dispergiermaschine geförderten Dispersion zu vermeiden, muß die Fließgeschwindigkeit des Fluids und damit der Druck im Dispergierraum vom Eintritt nach Passieren der Öffnung 22 des Zwischenstücks 2 bis zum Austritt, also von innen nach außen, durch den Dispergierraum zunehmen. Dazu ist es vorteilhaft, wenn mit einem Zwischenstück 2, wie es oben beschrieben wurde, ein Stator 42 für den Dispergierraum der Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 verwendet wird, bei welchem die durchströmte Fläche von innen nach außen kleiner wird.
  • In Figur 7 ist als Beispiel für einen derartigen Stator ein Stator 42 mit zwei Zahnkränzen 431 und 432 gezeigt. Die Durchtrittsfläche 433 zwischen den Zähnen des äußeren Zahnkranzes 431 ist kleiner als die Durchtrittsfläche 430 zwischen den Zähnen 432 des inneren Zahnkranzes. Die äußere Durchtrittsfläche 433 kann um einen Faktor zwischen 10 und 30 Prozent kleiner sein als die Durchtrittsfläche 430 innen, wobei der genaue Wert abhängig von Geometrie und Anzahl der Zähne des äußeren Zahnkranzes des Stators ist. Die Verringerung der Durchflußfläche kann durch zwei Maßnahmen erreicht werden.
  • Zum einen können bei gleicher Zahl der Öffnungen die Öffnungen schmaler gestaltet werden. Jedoch sollte ein Verhältnis der Öffnungsbreite zur Öffnungstiefe von zirka 1 zu 1 beibehalten werden, um den Druckverlust beim Durchtritt des Fluids durch die Zähne des äußeren Zahnkranzes nicht zusätzlich zu erhöhen. Bei vergleichbaren Maschinen liegt diese Verhältnis bei etwa 1 zu 3 bis 1 zu 4. Die Tiefe wird dabei radial zur Längsachse des Stators gemessen. Zum anderen kann das Gehäuse 40 der Rotor-Stator-Dispergiermaschine in seinem dem Dispergierraum zugewandten Bereich entsprechend gestaltet werden.
  • Hierzu ist in Figur 8 eine schematische Darstellung des Dispergierraums mit dem Rotor 41 und dem inneren und äußeren Zahnkranz 431, 432 des Stators dargestellt. Der obere Teil des dem Dispergierraum zugewandten Bereichs des Gehäuses 40 wird, von der Längsachse des Rotors her gesehen, von innen nach außen derart abgeschrägt, dass die Höhe der Durchtrittsöffnungen des äußeren Zahnkranzes des Stators verringert wird. In der in Figur 8 gezeigten Darstellung ist diese Schräge mit dem Winkel α8 gekennzeichnet. Der Vorteil dieser Maßnahme ist, dass der Produktstrom beim Durchtritt durch den Dispergierraum nicht nur radial, sondern auch axial beschleunigt wird und dadurch die Durchmischung in dem dem Dispergierraum folgenden Auslasskanal verbessert wird. In diesem Aulaßkanal gelangt das Fluid durch die in Figur 8 eingezeichnete erste Öffnung 51 des Auslasskanals.
  • Nach der Erzeugung feinster Partikeln im Dispergierraum des Rotor-Stator-Systems ist es wichtig, dass diese stabilisiert werden. Insbesondere bei Emulsionen hat es sich gezeigt, dass eine Stabilisierung in turbulenter Strömung zum Vermeiden der Koaleszenz der Tröpfchen beiträgt. Im Rahmen der Erfindung wird daher des weiteren eine Auslasseinrichtung geschaffen, mit welcher im gesamten Raum zwischen dem äußeren Zahnkranz des Stators und dem benachbarten Gehäuse 40 der Dispergiermaschine, welches in eine Aulaßeinrichtung übergeht, ein turbulenter Produktstrom aufrecht erhalten werden kann. Die Auslasseinrichtung ist daher so ausgeführt, dass ein großer sanfter kontinuierlicher Übergang für das Fluid nach der Passage des äußeren Zahnkranzes des Stators hin zur Abführvorrichtung aus der Rotor-Stator-Dispergiermaschine geschaffen wird. Dadurch können insbesondere hohe Staudrücke minimiert werden.
  • Dies wird durch ein großflächigen Auslasskanal erreicht. An den großflächigen Ober- und Unterseiten dieses Auslasskanals, also an dessen flachen Seite, kommt es durch die hohen Fließgeschwindigkeiten des Fluids im Betrieb der Vorrichtung zu Schwingungen bzw. Vibrationen, welche die turbulente Strömung unterstützen. Der erfindungsgemäßen Gestaltung der Auslasseinrichtung mit der speziellen Geometrie des Auslasskanals liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Fluid vor Erreichen der Auslasseinrichtung den Dispergierraum in Teilströmen passiert hat, welche bei ihrer Passage eine unterschiedliche Geschichte erfahren haben. Diese Teilströme werden im folgenden mit â1, ä2, ä3 und â4 bezeichnet.
  • In den Figuren 8 und 9 sind die Wege dieser Teilströme schematisch dargestellt. Ein erster Teilstrom ä2 verläßt den Dispergierraum des Rotor-Stator-Systems und wird, beginnend an der der Öffnung 51 hin zum Auslasskanal gegenüberliegenden Seite unter dem Rotor 41 entlang, in den Auslasskanal gefördert. Der Teilstrom â2 wird dabei durch die Drehbewegung des Rotors 41 beschleunigt. Diese zusätzliche Beschleunigung korreliert damit, dass der Teilstrom ä2 den längsten Weg aller vier betrachteten Teilströme zurücklegen muß und daher dem größten Druckverlust begegnet.
  • Es sei betont, dass es sich bei den Ausführungen zu den Teilströmen â1 bis â4 und deren Weg hin zum Auslasskanal um eine Modellvorstellung handelt, welche sich als geeignet herausgestellt hat, um den Grundgedanken für die Gestaltung der erfindungsgemäßen Auslasseinrichtung zu erläutern. Ein zweiter Teilstrom â4 wird nach der Passage des Dispergierraums direkt hin zur Öffnung 51 in den Auslasskanal hinein gefördert. Dieser Teilstrom ä4 erfährt die geringsten Druckverluste, da er nicht, wie die drei anderen Ströme umgelenkt wird. Um diesen geringen Druckverlust zu begegnen und die Unterschiede zu den drei anderen Teilströmen auszugleichen, kann der Bereich der Zähne des Stators, welche von dem Teilstrom ä4 passiert werden, eine um zirka 10 bis 30 Prozent, vorzugsweise 10 bis 15 Prozent kleinere Durchlaßfläche als die übrigen Zähne aufweisen.
  • Während im Querschnitt in Figur 8 die beiden Ströme ä2 und ä4 der Übersichtlichkeit halber, jedoch nicht die Ströme â1 und ä3 dargestellt sind, ist in der Aufsicht in Figur 9 die vollständige Einströmung in den Auslasskanal 50 mit allen vier Teilströmen schematisch dargestellt. Die in Figur 9 gezeigt Ansicht blickt auch den Rotor 41 aus der in Bezug auf die Darstellung in Figur 8 von unten gesehenen Perspektive. Der Rotor 41 und mit ihm der Dispergierraum des Rotor-Stator-Systems wird außen vom Gehäuse 40 umgeben. Zwischen dem Rotor 41 und dem Gehäuse 40 ist ein Ringkanal 49 ausgebildet.
  • Die Teilströme â1 und ä3 verlassen den Dispergierraum des Rotor-Stator-Systems seitlich, das heißt bezogen auf die Papierebene von Figur 8 nach vorne oder nach hinten. Im Ringkanal 49 werden die Teilströme â1 und ä3 hin zum Auslasskanal 50 gefördert. Dreht der Rotor 41 entgegen dem Uhrzeigersinn (vergleiche Figur 8), kann ein Teil des Teilstroms â1 unter den Rotor 2 gefördert und mit dem Teilstrom ä2 vermischt werden. Zum großen Teil wird der Teilstrom â1 jedoch in den Ringkanal 49 und von dort zum Auslasskanal 50 hin gefördert. Der Teilstrom ä3 wird bei seinem Weg hin zum Ringkanal 49 und von dort zum Auslasskanal 50 durch Rotationsbewegung des Rotors unterstützt. Die vier Teilströme â1 bis â4 kommen bei ihrem Eintritt in den Auslasskanal 50 aus verschiedenen Richtungen an, prallen aufeinander und vermischen sich intensiv. Dies trägt dazu bei, dass die Strömung des Fluids auch nach Verlassen des Dispergierraums im turbulenten Bereich bleibt.
  • Die Auslasseinrichtung 5 umfaßt einen Auslasskanal 50, welcher eine erste Öffnung 51 hat, in den im Betrieb das Fluid aus dem Dispergierraum beziehungsweise aus dem Ringkanal 49 in den Auslasskanal 50 eintritt. Der Auslasskanal 50 weist eine zweite Öffnung 52 auf, durch welche im Betrieb das Fluid den Auslasskanal 50 verläßt. Die erste Öffnung 51 hat eine größere Querschnittsfläche als die zweite Öffnung 52. Die Auslasseinrichtung ist somit als ein konzentrisches Reduzierstück ausgebildet. Die erste Öffnung 41 ist rechteckig ausgebildet und hat ihre größte Breite 510 parallel zu der Ebene, in welcher sich der Rotor 41 dreht. Mit dem Bezugszeichen 44 wird die Durchflußfläche des Ringkanals an der Stelle bezeichnet, wo dieser in den Auslasskanal 50 übergeht.
  • Die Durchtrittsfläche 44 wird von dem Teilstrom â1 gemäß der Modellvorstellung passiert. Mit dem Bezugszeichen 45 wird die Durchtrittsfläche bezeichnet, durch welche gemäß der Modellvorstellung der Teilstrom ä2 unter dem Rotor durchtritt. Mit dem Bezugszeichen 46 wird die Durchflußfläche des Ringkanals an der Stelle, wo dieser in den Auslasskanal 50 übergeht, bezeichnet. Die Durchflußfläche 46 wird gemäß der Modellvorstellung von dem Teilstrom ä3 passiert. Die Durchflußfläche 47 ist die Durchflußfläche aus dem Dispergierraum heraus, wo gemäß der Modellvorstellung der Teilstrom ä4 den Dispergierraum verläßt. Die Teilfläche 47 ist insbesondere die Fläche in dem Bereich, in welchem die Zähne des Stators derart gestaltet sind, dass sie eine um zirka 10 bis 30 Prozent, vorzugsweise 10 bis 15 Prozent kleinere Durchlaßfläche, als die übrigen Zähne haben (vergleiche Ausführungen oben).
  • Die Durchlaßflächen 44, 45, 46 und 47 sind alle in etwa gleich groß mit Ausnahme der Fläche 47, welche um mindestens 5 Prozent, vorzugsweise um mindestens 10 Prozent, bis zu höchstens 30 Prozent, vorzugsweise bis zu höchstens 15 Prozent kleiner als die übrigen Flächen ist. Die Summe der Durchflußflächen 44 bis 47 entspricht in etwa der freien Durchflußfläche in der Abführeinrichtung 48, welche an den Auslasskanal 50 angeschlossen werden kann. In dem Auslasskanal 50 und der anschließenden Abführvorrichtung 48 wird die Stabilisierung des Produkts in turbulenter Strömung abgeschlossen.
  • Dazu hat sich folgende Abstimmung der Druchflußflächen aufeinander als vorteilhaft herausgestellt. Bezug genommen wird auf die Querschnittsfläche der Rohrleitung 25 im Zwischenstück 2. Ihre Durchflußfläche wird mit 100 Prozent angesetzt. In Bezug darauf beträgt die Durchflußfläche durch den inneren Zahnkranz des Stators 430 etwa 50 bis etwa 85 Prozent. Die Durchflußfläche durch den äußeren Zahnkranz des Stators 433 beträgt etwa 35 bis etwa 70 Prozent. Die Summe der Flächen 44, 45, 46 und 47 beträgt etwa 35 bis etwa 65 Prozent. Die Durchflußfläche der Abführvorrichtung 48 beträgt ebenfalls etwa 35 bis etwa 65 Prozent.
  • Besonders wichtig ist, dass die Summe der Flächen 44 bis 47 etwa der Durchflußfläche der Abführvorrichtung 48 entspricht. Die oben genannten Verhältnisse der Durchflußflächen innerhalb des Dispergierraums tragen zur Unterdrückung der Kavitationsneigung im Dispergierraum bei. Die gewählten Verhältnisse für die Durchflußflächen zwischen den Zähnen des äußeren Zahnkranzes des Stators, sowie für die Flächen 44 bis 47 und die Abführvorrichtung 48 tragen zur Verhinderung eines Geschwindigkeitsabfalls nach dem Verlassen des Dispergierraums bei. Die kritische Durchflußmenge ist β1.
  • In Figur 10 ist die Auslasseinrichtung 5 in verschiedenen Perspektivcen dargestellt. Links oben ist eine Vorderansicht der Auslasseinrichtung 5 gezeigt, in welcher die zweite Öffnung des Auslasskanals 52 dem Betrachter zugewandt ist. In der rechts oben gezeigten zweiten Ansicht erkennt man die im wesentlichen konische Form der Auslasseinrichtung 5 mit dem als Konus bezeichneten Teil 53. Auf der linken Seite in der Mitte in Figur 10 ist eine Aufsicht auf die Auslasseinrichtung 5 gezeigt in der Nachbarschaft der ersten Öffnung 51, mit welcher die Auslasseinrichtung 5 an eine entsprechende Öffnung in Gehäuse 40 der Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 angeschlossen werden kann, hat die rechteckige Öffnung der Auslasseinrichtung 5 ihre größte Breite 510.
  • Die auf der rechten Seite in Figur 10 unten gezeigte Rückansicht der Auslasseinrichtung 5 zeigt einen Blick in die im wesentlichen rechteckige Öffnung 51. Diese ist, vergleichen mit der kreisförmigen Öffnung 52 als ein langer und relativ schmaler Schlitz gestaltet, dessen Enden abgerundet sind. Die perspektifischen Darstellung auf der rechten Seite in der Mitte und auf der linken Seite unten für die Auslasseinrichtung 5 illustrieren, wie durch die Gestaltung der im wesentlichen konischen Form 53 ein sanfter geschwungener Übergang zwischen der Öffnung 51 und der Öffnung 52 erreicht wird.
  • In Figur 11 ist eine weitere Ausführungsform der Auslasseinrichtung 5 gezeigt. Diese umfaßt zwei Auslasskanäle 50, welche in der gezeigten Darstellung einander gegenüberliegen. Von beiden Auslasskanälen 50 aus wird im Betrieb das Fluid in eine oder mehrere Abführvorrichtungen 48 geleitet. Diese sind durch den ausgeführten Pfeil angedeutet. Im Ringkanal 49 zwischen dem Rotor-Stator-Dispergiersystem und dem Gehäuse 40 erfolgt eine Umlenkung des Fluids, welches den Dispergierraum verläßt.
  • Diese Umlenkung ist durch die Pfeile mit durchgezogenen Linien dargestellt. Das Fluid wird in Richtung auf die beiden Auslasskanäle 50 hin gelenkt. Mit den gestrichelten Pfeilen sind die Teilströme angedeutet, in denen das Fluid im Betrieb unter dem Rotor hin zu den Auslasskanälen 50 gelenkt wird. Die Auslasskanäle haben Seitenwände 54 und 55 beziehungsweise 56 und 57. Am Übergang zwischen einer Seitenwand 54, eines Auslasskanals 50 zu der Seitenwand 56 des benachbarten Auslasskanals 50 befindet sich ein Abschnitt des Ringkanals 49. Der Ringkanal 49 wird somit von den Auslasskanälen 50 unterbrochen.
  • Die Auslasseinrichtrung mit zwei Auslasskanälen kann über ein zwischengeschaltetes T-Stück (nicht dargestellt) mit einer Zirkulationsleitung verbunden werden. Die in Figur 11 gezeigten Abführeinrichtungen 48 werden somit in eine gemeinsame Leitung zusammengeführt. Vor dem Eintritt in die beiden Zuführstutzen des T-Stücks können in jeder Abführeinrichtung 48 beziehungsweise in jedem Auslasskanal 50 und/oder in der gemeinsamen Abführleitung des T-Stücks Ventile vorgesehen sein (vergleiche auch unten die Beschreibung zu Figur 14), mit welchen die gegendrücke in den beiden Produktströmen der Zuführstützen des T-Stücks eingestellt werden können, insbesondere um Kavitation zu vermeiden.
  • Die Funktionsweise des in Figur 11 gezeigten dualen Systems einer Auslasseinrichtung mit zwei Auslasskanälen basiert auf den Modellvorstellungen, wie sie oben anhang von Figur 9 erläutert wurde. Die Auslasseinrichtung mit zwei Auslasskanälen stellt demgegenüber eine Verbesserung dar, da es mit den beiden breiten Auslasskanälen weniger Umlenkungen des Fluids nach dem Verlassen des Dispergierraums gibt. Damit wird das Risiko für die Ausbildung von Toträumen und somit teilweise laminaren Durchfluß nach dem Dispergierraum weiter minimiert. Die Auslasseinrichtung mit zwei Auslasskanälen bietet die Möglichkeit, das Produkt, welches rechtwinklig zu den beiden Auslasskanälen aus dem Dispergierraum ausgestoßen wird, durch die Drehung des Rotors 41 auf einen Auslasskanal 50 zu zu beschleunigen.
  • Die Durchtrittsflächen in dem Bereich des äußeren Statorzahnkranzes, welcher einem Auslasskanal 50 benachbart ist, sind den Flächen im Auslasskanal angepaßt. Die Auslegung erfolgt derart, dass im Betrieb für das betreffende Fluid eine Reynolds-Zahl oberhalb von 10.000 eingehalten werden kann. Dadurch wird auch einer Koaleszenz von Tropfen einer Emulsion bei der Passage der Auslasskanäle und des Übergangs vom Dispergierraum in die Auslasskanäle entgegengewirkt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Auslasseinrichtung 5 vier Auslasskanäle 50. Diese Ausführungsform ist in Figur 12 dargestellt. Die Kontur der Auslasskanäle 50 ist so gewählt, dass beim Übergang zwischen den Kanälen nur kleine Stege verbleiben und dadurch nur sehr geringe Staudrücke entstehen können, die den Durchfluß in turbulenter Strömung kaum bremsen. Die sanften gechwungenen Übergänge von den Stegen zu den Auslasskanälen 50 minimieren den Staudruck in jedem Auslasskanal.
  • Der Übergang von einer Seitenfläche 54 (55) in die Seitenfläche 57 (56) des jeweils benachbarten Auslasskanals 50 verläuft bogenfömig. Die Pfeile in der in Figur 12 unten dargestellten Schnittansicht illustrieren die Modellvorstellung zum Durchfluß des Fluids durch Auslasseinrichtung 5 beim Austritt aus dem Ringkanal 49 und dem Eintritt in die Auslasskanäle 50. Sollte sich an den Stegen am Übergang zwischen zwei benachbarten Auslasskanälen 50 ein Staudruck ausbilden, würde das Produkt kurzzeitig unter den Rotor gedrückt werden, dort beschleunigt und dann in den nächsten Auslasskanal gepreßt werden.
  • Die Auslasseinrichtrung mit vier Auslasskanälen kann über ein zwischengeschaltetes Doppel-T-Stück (nicht dargestellt) mit einer Zirkulationsleitung verbunden werden. Die in Figur 12 gezeigten Abführeinrichtungen 48 werden somit in eine gemeinsame Leitung zusammengeführt. Vor dem Eintritt in die vier Zuführstutzen des Doppel-T-Stücks können in jeder Abführeinrichtung 48 beziehungsweise in jedem Auslasskanal 50 und/oder in der gemeinsamen Abführleitung des T-Stücks Ventile vorgesehen sein (vergleiche auch unten die Beschreibung zu Figur 14), mit welchen die Gegendrücke in den vier Produktströmen der Zuführstützen des Doppel-T-Stücks eingestellt werden können, insbesondere um Kavitation zu vermeiden.
  • Passend zu der in Figur 12 gezeigten Auslasseinrichtung 5 mit vier Auslasskanälen 50 kann der in Kombination mit der Auslasseinrichtung 5 verwendete Stator der Dispergiermaschine derart gestaltet sein, dass die Statorabschnitte, welche den Eintrittsöffnungen der Auslasskanäle 50 gegenüberstehen, eine passend zu den Eintrittsöffnungen der Auslasskanäle 50 dimensionierte Austrittsfläche aufweisen. Beispielsweise unter Zuhilfenahme von Strömungssimulationen kann der Fachmann diese Auslegung derart durchführen, dass im Betrieb eine Reynolds-Zahl von Re < 10.0000 eingehalten werden kann. Dabei wird die Gesamtsumme der Eintrittsflächen in die Auslasskanäle 50 kleiner oder gleich der Gesamtsumme der Austrittsflächen aus dem Stator betragen.
  • Durch die oben beschriebenen Maßnahmen, welche die Erfindung für das Zwischenstück 2 und die Auslasseinrichtung 5 vorsieht, wird gewährleistet, dass das Fluid von dem Behälter, in welchem es vorgelegt wird, hin zur Verarbeitung in der Rotor-Stator-Dispergiermaschine und nach der Verarbeitung darin bei der Entnahme aus der Dispergiermaschine mit Hilfe der Auslasseinrichtung stets in turbulenter Strömung gehalten wird. Wie anfangs dargestellt, ist es manchmal erforderlich, Fluide nach einem Durchlauf durch die Dispergiermaschine zumindest einem weiteren Durchlauf auszusetzen. Dazu weisen entsprechende Anlagen eine Zirkulationsleitung auf, welche als Abführvorrichtung an die Auslasseinrichtung angeschlossen werden kann.
  • Diese Zirkulationsleitung führt das Produkt, welches über die Auslasseinrichtung die Dispergiermaschine verläßt, dem Behälter wieder zu. Um auch die Zuströmung zu dem Behälter zu optimieren, hat die Erfindung des weiteren einen Einlaufstutzen geschaffen. Das Produkt hat in der Zirkulationsleitung eine sehr hohe Fließgeschwindigkeit, beispielsweise im Bereich zwischen 2 und 4 m/s, und neigt beim ungebremsten Eintritt in dem Behälter zum Spritzen. Der Einlaufstutzen trägt dazu bei, die Fließgeschwindigkeit beim Eintritt des rückgeführten Produkts in den Behälter allmählich herabzusetzen und dass sich das hereinströmende Produkt sanft über den Konusboden in das schon im Behälter vorgelegte Produkt einfügt, besonders bei einer Füllhöhe im Behälter, die unterhalb des Einlaufstutzens liegt. In Figur 13 ist ein solcher Einlaufstutzen schematisch dargestellt. Auf der rechten Seite in Figur 13A ist eine Schnittansicht gezeigt, welche den Einlaufstutzen 7, der in eine Öffnung 16 in der Behälterwand 15 übergeht, zeigt.
  • Der Einlaufstutzen 7 hat eine Einlauföffnung 71, durch welche das über die Abführvorrichtung zurückgeführte Fluid in den Einlaufstutzen 7 eintritt. Die Einlauföffnung 71 ist als Durchgangsbohrung mit dem Durchmesser D2 in der Seitenwand des Einlaufstutzens 7 ausgebildet und hat eine Längsachse, welche die Senkrechte 180 auf die Längsachse 150 des Behälters 1 ist. Der Einlaufstutzen 7 hat des weiteren eine Zulauföffnung 72, mit welcher der Einlaufstutzen 7 in die Behälterwandöffnung 16 mündet. Zwischen der Einlauföffnung 71 und der Zulauföffnung 72 verläuft eine Rohrleitung 75 des Einlaufstutzens 7. Die Rohrleitung 75 des Einlaufstutzens hat eine Längsachse 76, welche mit der senkrechten 180 auf die Längsachse des Behälters einen Winkel α110 einschließt.
  • Der Einlauf zum Behälter ist gemäß der Erfindung so konstruiert, dass die Fläche vom Eingangsrohr, das heißt die Querschnittsfläche 710 der Einlauföffnung 71 maximal 50 Prozent der Fläche des Produkteintritts in den Behälter, das heißt der Querschnittsfläche 720 der Zulauföffnung 72 entspricht. Wie die Aufsicht in der linken Seite von Figur 13A zeigt, öffnet sich die Kontur der Rohrleitung 75 in dem Bereich 751, welcher in die Einlauföffnung 71 mündet, zum Behälter 1 hin über einen Radius R1 nach außen.
  • Dadurch wird im Betrieb das in den Behälter einströmende Produkt über einen großen Bereich des Behälterbodes verteilt. Eine plötzliche Erweiterung in den Bereich 751 wird damit verhindert, so dass das Auftreten eines Borda-Carnot-Stoßverlustes unterbunden wird. Durch einen Borda-Carnot-Stoß könnten in einem Bereich des Fluids im Behälter, in den durch den Einlaufstutzen zurückgeführtes Produkt eintritt, starke Verwirbelungen auftreten. Die Länge dieses Bereichs mit Verwirbelungen würde etwa das zehnfache des Durchmessers der Zulauföffnung 72 betragen. Das Produkt soll aber gleichmäßig dem Fluid zugeführt werden können, welches sich noch im Behälter 1 befindet. Durch vorteilhafte Konstruktion gemäß der Erfindung wird das Produkt unter einem Winkel α110 von zirka 90° bis 150° gegen die gegenüberliegende Wand geführt und dadurch sich ausbreitend in der Rohrleitung 75 zum Behälter gedrückt. Die Geschwindigkeit nimmt kontinuierlich ab und das Produkt folgt der speziellen Kontur im Bereich 751 der Zulauföffnung. Hierbei entstehen keine Verwirbelungen, welche die Strömungsführung des Fluids im Behälter stören könnten. Die Gesamtlänge LEin des Einlaufstutzens braucht dabei lediglich das zwei- bis sechsfache des Durchmessers DEin der Einlauföffnung 71 sein. Je länger diese Länge des Einlaufstutzens ist, desto größer ist die Beruhigung des eintretenden Mediums in den Behälter.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Winkel α110 in einem Bereich zwischen 45° und 180° liegen. Beträgt der Winkel 180°, kann der Einlaufstutzen, wie in Figur 13B gezeigt, zur Ausbildung eines oberen Einlaufes in den Behälter horizontal an die obere Wölbung des Behälters herangeführt werden. Der Einlaß kann auch vertikal zum Behälter gestaltet werden, so dass das Produkt an der Behälterwand heruntergeführt und auf den Produktspiegel des im Behälter befindlichen Produkts verteilt werden kann.
  • Die folgende Tabelle bietet eine Übersicht über mögliche Verhältnisse der Querschnittsflächen 710, 720 bei unterschiedlichen Nenndurchmessern DN der Rohrleitung 75 des Zwischenstücks 7:
    Nenndurchmesser von 75 710 in mm2 720 in mm2
    DN 40 (41x1,5mm) 1134 120x20= 2400
    DN 50 (53x1,5mm) 1963 200x20= 4000
    DN 65 (70x2,0mm) 3420 250x30= 7500
    DN 80 (85x2,0mm 5150 250x40=10.000
    DN 100 (104x2,0mm), 7850 320x50=16.000
  • In Figur 13C ist eine weitere Ausführungsform für den Einlaufstutzen 7 dargestellt. Zusätzlich zur in Bezug auf die Längsachse 76 der Rohrleitung 75 gesehen konkaven Ausbildung mit dem Krümmungsradius R1 weist der Bereich 751, in welchem die Zulauföffnung in den Behälter mündet, der Behälterwandöffnung 16 zugewandte Bereiche auf, in welchen die Zulauföffnung in Bezug auf die Längsachse 76 der Rohrleitung 75 gesehen konvexe Konturen hat. Dort hat die Öffnung einen Krümmungsradius R3 beziehungsweise R2. Der Radius R3 beziehungsweise R2 beträgt mindestens das 1,2-fache der Hälfte des Behälterdurchmessers D1 und höchstens das Doppelte der Hälfte des Behälterdurchmessers D1.
  • In Figur 14 ist eine Anlage 120 dargestellt, welche einen Behälter 1 umfaßt. Die im Inneren der schematischen Darstellung des Behälters 1 eingetragenen Prozentangaben illustrieren verschiedene Füllstände des Behälters, angefangen von 100 Prozent oben bis zu einem Füllstand von 4 Prozent, bei welchem das betreffende Fluid sich lediglich im konisch zulaufenden Behälterbodenbereich befindet. Aus dem Behälter 1 tritt das Fluid im Betrieb in das Zwischenstück 2 ein, bevor es der Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 zugeführt wird. Nach der Behandlung im Dispergierraum tritt es durch die Auslasseinrichtung 5 aus der Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 aus. An die Auslasseinrichtung 5 ist eine Abführvorrichtung 48 in Form einer Rohrleitung angeschlossen, welche eine Zirkulationsleitung 10 bildet. Über die Zirkulationsleitung 10 wird das Produkt wieder dem Behälter zugeführt. In der Darstellung in Figur 14 eingezeichnet, sind zwei Einlaufstutzen 7 und 8, durch welche das Produkt in das Behälterinnere zurückgeführt werden kann. Hat das Produkt die gewünschten Eigenschaften erreicht, kann es über eine Entnahmevorrichtung 100 der Anlage 120 entnommen werden. In die Abführvorrichtung 48 ist ein Ventil 9, insbesondere ein Drosselventil, eingebaut, um den Durchfluß in der Zirkulationsleitung einstellen, beziehungsweise steuern, beziehungsweise regeln zu können.
  • Das Ventil 9 kann in einer Ausführungsform der Erfindung als Bestandteil einer Regeleinheit sein und als Einstellventil, zum Beispiel als Klappenventil mit Feststellarretierung ausgebildet sein. Die Regeleinheit umfaßt neben dem Regelventil einen Durchflußmesser zur Kontrolle des Volumenstroms. Die Verweilzeit im Rotor-Stator-System, insbesondere im Dispergierraum kann dann durch das Ventil 9 kontrollierbar eingestellt werden. Bei gleicher Drehzahl kann damit die Verweilzeit im Rotor-Stator-System durch den mit dem Ventil 9 einzustellenden Gegendruck variiert werden. Werte für die Verweilzeit zwischen 0,05 Sekunden und 0,5 Sekunden haben sich als sinnvoll herausgestellt. Gemäß der Erfindung können auch alle Auslasskanäle 50 der Auslasseinrichtung 5 mit einem Ventil und Durchflussmesser versehen sein, um den jeweiligen Durchfluß regeln zu können.
  • Die Dispergiermaschine ist mit einem Frequenzumrichter (nicht dargestellt) ausgerüstet, so dass die Drehzahl des Rotors wählbar ist. Neben der Drehzahl des Rotors ist damit der Volumenstrom durch die Anlage 120 und/oder der Gegendruck flexibel einstellbar. Insbesondere können für die Verwendung der Anlage zum Dispergieren einerseits und für die Reinigung der Anlage, beispielsweise für die CIP-Reinigung, unterschiedliche Parameter für die Drehzahl, den Durchfluß und den Gegendruck eingestellt werden, um die jeweiligen Prozesse möglichst optimal fahren zu können.
  • Nach der Passage des Ventils 9 tritt das Fluid in die Zirkulationsleitung 10 ein. Aus dieser kann es über die Entnahmestelle 100 entnommen oder in die Dispergiermaschine zurückgeführt werden. Die Anlage 120 ist derart konzipiert, dass dem Produkt in verschiedenen Stadien weitere Zutaten in fester und/oder flüssiger Form zugegeben werden können. Beispiele für solche Zutaten sind unter anderem Wirkstoffe oder Trägersubstanzen wie Liposome, welche feindispergiert dem Fluid zugegeben werden können. Dazu umfaßt die Anlage 120 mehrere Zuführeinrichtungen. Beispielsweise ist ein Injektor 64 vorgesehen, welcher in der Abführvorrichtung nach der Auslasseinrichtung 5 positioniert ist. Über den Injektor können insbesondere pulverförmige Zutaten dem Fluid beigemengt werden. Weitere Zuführvorrichtungen 60, 61, 62 und 63, 66 erlauben die Zugabe von Zutaten in der Zirkulationsleitung beziehungsweise Abführeinrichtung, in den Dispergierraum, insbesondere in den Ringkanal 49, und in die Rohrleitung des Zwischenstücks 2. Als Injektor kann auch eine Düse, beispielsweise eine Ring- oder Flachdüse verwendet werden, wie sie im Gebrauchsmuster des Anmelders DE 20 2006 001 952 als "Vorrichtung zum Herstellen von Dispersionen" beschrieben wird. Auch vor der Entnahme 100 sowie in der Zirkulationsleitung und der Leitung, welche zu der Zuführeinrichtung 66 in die Dispergiermachine 4 führt, können weitere Ventile eingebaut sein.
  • Das Einbringen der weiteren Zutaten über den Injektor in die Abführvorrichtung 48, welche sich an die Auslasseinrichtung 5 anschließt, geschieht bei leichten Unterdrücken im Behälter, das heißt einem Druck, der etwa 0,3 bar geringer ist als der Umgebungsdruck. Bei höheren Drehzahlen, das heißt Flließgeschwindigkeiten um etwa 3 bis 4 m/s erzeugt der Injektor einen Unterdruck, der ausreichend ist, Flüssigkeiten one zusätzlich angelegtes Vakuum in das Fluid einzusaugen. Die eingebrachten Zutaten werden durch den Injektorstrahl sofort in das Fluid eingemischt.
  • Eine weitere Verbesserung zur Aufrechterhaltung einer turbulenten Strömung im Durchfluß durch die Anlage 120 kann dadurch erreicht werden, dass an das Gehäuse 40 der Rotor-Stator-Dispergiermaschine 4 und/oder an die Auslasseinrichtung 5 zumindest ein Vibrator (nicht dargestellt) angebracht wird. Um die damit verbundenen Schwingungen des mit dem Vibrator verbundenen Bauteils im Betrieb nicht auf die gesamte Anlage 120 zu übertragen, sind in der Zirkulationsleitung flexible Elemente 105.1 wie zum Beispiel Abschnitte aus ausreichend biegsamen Material vorgesehen.
  • In Figur 15 ist eine Ausführungsform für eine Zuführeinrichtung 60 gezeigt. Die Zuführeinrichtung 60 kann mit einem Verbindungselement 650, beispielsweise einem Flansch, an die Auslasseinrichtung 5 angeschlossen werden. Mit einem Verbindungselement 648 kann die Zuführeinrichtung 60 an die Abführeinrichtung 48, insbesondere an die Rohrleitung des Zirkulationsrohrs 10, angeschlossen werden. Für die Zugabe von weiteren Zutaten, die dem Fluid beim Verlassen der Rotor-Stator-Dispergiermaschine zugesetzt werden sollen, weist die Zuführeinrichtung 60 Zuführkanäle 60.1 und 60.2 auf. Je nach Anzahl der betreffenden Zutaten können auch noch mehr Zuführkanäle vorgesehen sein.
  • Die Zuführeinrichtung 60 ist in ihrem Inneren im wesentlichen als eine Rohrleitung mit einer Wandkontur in Form eines Doppelkonus ausgebildet. In Strömungsrichtung (in Figur 15 von links nach rechts) gesehen verengt sich der Durchmesser zunächst unter einem Konuswinkel von 150° auf die engste Stelle hin und erweitert sich dann unter einem Konuswinkel von 58,6°. Damit wird ein Carnot scher Stoßdiffusor geschaffen, welcher im Betrieb solche Strömungsverhältnisse erzeugt, in denen auch pulverförmige Zutaten über die Zuführöffnungen 60.1, 60.2 zugeführt und sehr schnell homogen in dem in der Zuführeinrichtung 60 strömenden Fluid verteilt werden können. Die angegebenen Winkel für die Koni sind Beispiele, welche sich als vorteilhaft erwiesen haben. Je nachdem, für welche Art von Fluid die Zuführeinrichtung 60 vorgesehen ist, wird der Fachmann die Winkel anpassen.
  • Damit diese Strömungsverhältnisse möglichst lange für das aus der Zuführeinrichtung ausströmende und in der Abführeinrichtung 48 weiter transportierte Fluid erhalten bleiben beziehungsweise damit ein allmählicher Übergang in die Durchströmung der Abführeinrichtung erfolgt, ist die Austrittsöffnung der Zuführeinrichtung 60 mit dem Radius R5 abgerundet ausgebildet.
  • Im Diagramm in Figur 16 ist der Volumenstrom in Litern/Minute über der Drehzahl in Umdrehungen/Minute des Rotor-Stator-Dispergiermaschine für zwei unterschiedliche Durchmesser di32mm und DN50 aufgetragen. Dazu wurde zum einen eine Zuführeinrichtung (siehe Figur 15) eingebaut mit einem Eintritt DN50 und einer Reduzierung auf 32 mm. Zum anderen wurde eine Zirkulationsleitung mit DN50 ohne Zuführeinrichtung verwendet. Die verwendete Rotor-Stator-Dispergiermaschine hatte eine Nennleistung von 22 kW und wurde mit einem Zwischenstück gemäß der Erfindung betrieben. Mit steigender Drehzahl nimmt der Volumenstrom kontinuierlich zu.
  • In Figur 16 ist eine Dehmomentenkurve dargestellt, welche mit einem Behälter eines Fassungsvermögens von 500 Litern bei einem Füllstand im Behälter von 50 Litern aufgenommen wurde. Die verwendete Rotor-Stator-Dispergiermaschine hatte eine Nennleistung von 22 kW und wurde mit einem Zwischenstück gemäß der Erfindung betrieben. Die Rückführung des Produkts in den Behälter erfolgte mit einem Einlaufstutzen 7. Die Drehmomentenkurve zeigt deutlich die kontinuierliche Zunahme des Drehmoments ("Torque"), welches in % bezogen auf das maximale Drehmoment angegeben wird, das bei der maximalen Drehzahl des Rotor-Stator-Systems erreichbar ist. Des Weiteren steigt der jeweils aufgenommene Strom ("Amp"), welcher in Ampere angegeben ist, mit zunehmender Drehzahl des Rotor-Stator-Systems kontinuierlich an..
  • Die kontinuierliche Zunahme des Volumenstroms sowie des Drehmoments mit steigender Drehzahl der Rotor-Stator-Dispergiermaschine zeigt, dass durch das Zwischenstück auch bei geringen Füllständen wie 10% des Behälters ein Einfluß der Rotation des Behälterinhalts auf die Förderleistung der Rotor-Stator-Dispergiermaschine im Betrieb der Anlage unterbunden wird.
  • Die Erfindung schafft somit die Möglichkeit, einen relativ großen Ansatzbehälter 1 zur Verarbeitung auch kleinerer Ansatzvolumina zwischen 3% und 10% des maximalen Behälterfüllstandes verwenden zu können. Mit herkömmlichen Anlagen benötigt man zum Abdecken des üblichen Bereiches an Ansatzgrößen neun verschiedene Behälter, während man mit der Erfindung mit vier Behälter auskommt. Ein Behälter kann mit einer Anlage, die das erfindungsgemäße Zwischenstück verwendet, den Bereich zwischen 40 und 500 Litern abdecken, wobei herkömmliche Lösungen dafür jeweils einen Behälter für 40 bis 100 Liter, 100 bis 250 Liter, 200 bis 500 Liter und 350 bis 1000 Liter benötigt. Ein weiterer Behälter kann gemäß der Erfindung den Bereich zwischen 150 und 2000 Litern abdecken, wobei herkömmliche Lösungen dafür jeweils einen Behälter für 700 bis 2000 Liter und 1500 bis 4000 Liter benötigen. Ein weiterer Behälter kann gemäß der Erfindung den Bereich zwischen 500 und 6000 Litern abdecken, wobei herkömmliche Lösungen dafür jeweils einen Behälter für 2000 bis 6000 Liter und 4000 bis 12000 Liter benötigen. Ein weiterer Behälter kann gemäß der Erfindung schließlich den Bereich zwischen 15000 und 20.000 Litern abdecken, wofür herkömmliche Lösungen einen Behälter für 7000 bis 20.000 Liter brauchen.
    • Beispiel 1: Haarfarbe
  • Für einen Ansatz von 100 kg in einer Anlage mit einem 500 kg fassenden Behälter werden einem ersten Ansatzschritt 4kg Texapon in 20 kg Wasser dispergiert. Dies stellt für die beschriebene Anlage mit einem Zwischenstück gemäß der Erfindung kein Problem dar, da durch den Anschlusswinkel der Dispergiermaschine zum Behälter und durch den Propeller im Zusammenspiel mit dem flexiblen Element wie dem Gummibalg die Rotation des Produkts beim Eintritt in die Dispergiermaschine unterdrückt wird.
    • Beispiel 2: Reinigung
  • Die Erfindung ermöglicht das Minimieren des Wasserbedarfs bei einer CIP- oder SCIP-Reinigung aufgrund der möglichen minimalen Mindestwassermengen (Füllmengen des Behälters) von 4-5 % der Batchgröße. Eine Anlage wie im Beispiel 1 beschrieben kann mit 40 Litern Gesamtmenge, in zwei Reinigungsgängen vollständig gereinigt werden.
    • Beispiel 3: Herstellen von Anti-Aging-Creams, welche Liposomen enthalten
  • Zum Einbringen von Nano-Partikeln wie zum Beispiel Liposomen in Kosmetika kann eine Flach- oder Ringdüse an verschiedenen Positionen zwischen dem Ansaugkanal und dem Auslasskanal angebracht werden (siehe Bezugszeichen 63, 64, 65). Aufgabe der Flach- oder Ringdüse ist es, hier kleinste Partikel bei hohen Drücken zu erzeugen und in den Fluidstrom, welcher die Rotor-Stator-Dispergiermaschine zu durchlaufen hat, hineinzusprühen. Die Flach- oder Ringdüse wird als Düse eines Hochdruckhomogenisators betrieben und kann insbesondere wie in dem oben zitierten deutschen Gebrauchsmuster des Anmelders beschrieben ausgestaltet sein. Die Position 63 ist besonders gut geeignet, da der Propeller mit Führungshülse als Fördermittel im Zwischenstück 2 eine gute Vermischung erreicht. Jedoch kann die Flach- oder Ringdüse auch in einen oder mehren der weiteren Anschlüsse 66 angebracht werden.
  • Die Erfindung kann gemäß weitren Ausführungsbeispielen auch in Anlagen eingesetzt werden, die nach dem Prinzip der Late Product Differentiation arbeiten. Die Vorgehensweise bei der Late Produkt Differentiation ist im Allgemeinen die folgende. Man stellt große Ansätze eines Basisproduktes her, das dann gemäß des täglichen Produktionsbedarfs mit den noch fehlenden Zutaten beziehungsweise Rohstoffen wie zum Beispiel Farben, Geschmacksstoffen, Duftstoffen und/oder anderen Zusätzen, welche insbesondere aufgeteilt in Teilmengen zugesetzt werden können, fertig gestellt werden. Dies bedeutet, dass man große Ansatzgrößen kurz vor der Abfüllung in mehreren kleineren Teilmengen fertig stellt.
  • Durch diese Vorgehensweise erhöht man die Effektivität und Flexibilität der Produktion. Da in der Regel zwischen den einzelnen Schritten zur Herstellung der verschiedenen Teilmengen die Anlage gespült werden muß, ist es von großer Bedeutung, dass die erfindungsgemäße LPD-Unit sehr kompakt ist, um bei diesem Reinigungsschritt möglichst wenig Produkt zu verlieren. Ferner ist die erfindungsgemäße LPD-Unit einfach zu reinigen, beispielsweise durch CIP (Cleaning in place) und/oder automatisches Reinigen und Sanitisieren (SCIP). Ferner wird bei Nutzung der erfindungsgemäßen LPD-Unit verglichen mit herkömmlichen Anlagen extrem wenig Abwasser erzeugt.
    • Beispiel 4A: LPD (Late Produkt Differentiation)
  • An der Zuführeinrichtung 61 wird eine Flach- oder Ringdüse mit der Anlage mit dem Rotor-Stator-System 4 kombiniert. Große Ansätze haben den Vorteil, das weniger manuelle Arbeit anfällt und das die Arbeitsgänge nur einmal statt mehrmals durchgeführt werden müssen. Dies gilt auch für Labor-Arbeiten. Für das Herstellen von Haarfarbe erfolgt daher das Einbringen der Einfärbung zweckmäßigerweise am Ende der Produktion des gesamten Ansatzes. Es wird zum Beispiel ein Ansatz von 20.000 kg Basisprodukt produziert, wobei die Einfärbung von cirka 10 kg zunächst nicht in das Basisprodukt eingebracht wird. Eine geeignete Anlage umfaßt eine Auslasseinrichtung mit zwei Auslasskanälen und hat eine Nennleistung von 45 KW. In der Anlage wird ein Volumenstrom von cirka 3000 L/min ungedrosselt umgepumpt. Die Umpumpzeit des Ansatzes beträgt cirka 7 Minuten Das Einfärbungsmittel wird cirka während einer einzigen Umpumpperiode zudosiert, dadurch entsteht ein sehr homogenes Produkt.
  • Falls man den Ansatz teilen möchte und zum Beispiel zwei oder mehrere Einfärbungen herstellen möchte, wird das Produkt nach der Entnahme 100 eingefärbt, wobei die Zirkulationsleitung geschlossen ist. Zwischen dem Einbringen der ersten und der zweiten Farbe wird eine Kleinmenge verworfen, welche eine Mischung der ersten und zweiten Farbe enthält. Anstatt einer Zuführvorrichtung 61, 62, 63, beispielsweise in Form einer Düse kann man in den Bereichen der Düsen auch zwei oder mehrere Düsen anbringen.
    • Beispiel 4B: LPD (Late Produkt Differentiation)
  • Eine weitere Möglichkeit ist es, den fertigen Ansatz als eine Teilmenge über den Auslass 100 abzuziehen und den Überhang in den Dispergierraum zurückzuführen und dabei Farbstoff oder andere Zusätze durch eine Düse (bevorzugt 61, 62) zuzugeben, damit man eine intensivere Durchmischung erhält (mehrmaliger Durchlauf durch die Rotor-Stator-Dispergiermaschine).Die Rückführung in den Dispergierraum kann insbesondere über eine oder mehrere Vormischkammern des Rotor-Stator-Systems erfolgen, wenn ein Rotor-Stator-System verwendt wird, wie es in der deutschen Patentanmeldung DE beschrieben wird. deutschen Patentanmeldung 10 2008 022 355.7 beschrieben wird.
  • Die Zirkulationsleitung wird hinter der Auslassleitung 100, durch ein Ventil abgesperrt. Sinnvollerweise fängt man mit den helleren Farben an die dann durch die dunklere Farbe leichter überdeckt werden kann. Daher ist es von Vorteil, einen Basis-Ansatz von einem Produkt herzustellen (Großansatz) und diesen dann beim Abpumpen vom Behälter fertig zustellen durch den Zusatz der noch ausstehenden Zusätze.
    • Beispiel 4C: LPD (Late Produkt Differentiation) in spezieller LPD-Unit
  • Eine LPD-Unit ist eine kompakte Anlageneinheit für "Late-Product-Differentiation". Das bedeutet, dass bei der Herstellung eines Produktes, welches eine Emulsion, Dispersion, Suspension, Gemisch oder dergleichen sein kann, erst kurz vor der Abfüllung in Flaschen, Tuben, Töpfen oder sonstigen Gebinden, die letzten Zutaten in ein vorgefertigtes Basisprodukt, welches auch ein Konzentrat sein kann, hinein dispergiert werden. Es werden dazu unten zwei beispielhafte Lösungen vorgestellt, die als "LPD-Unit I" und "LPD-Unit II".
  • Für die LPD-Unit können insbesondere in vorteilhafter Weise Komponenten in Kombination miteinander verwendet werden, die teilweise Gegenstand weiterer Patentanmeldungen und Gebrauchsmuster des Anmelders sind. Es handelt sich dabei insbesondere um folgende Bauteile:
    1. a) Eine oder mehrere Vormischkammern, wie in der Familie zur Patentanmeldung DE 10 2008 022 355.7-23 .
    2. b) Rotorgeometrie wie in der Familie zur Patentanmeldung DE 10 2008 045 820.1 ,
    3. c) Ein oder mehrere Strombrecher (siehe oben),
    4. d) Auslaßvorrichtung, insbesondere in einzelner oder dualer Ausführung (siehe oben)
    5. e) Mindestens eine Flach-oder Ringdüse gemäß dem Gebrauchsmuster DE 20 2006 001 952 .
  • Auf die jeweilige Dispergiereinrichtung ist ein Mischkopf aufgesetzt, welcher Zu- und Abführeinrichtungen aufweist. Insbesondere kann der Mischkopf derart gestaltet sein, dass die in seinem Inneren ausgebildete Mischkammer im wesentlichen hohlkugelförmig ist. Ein derartiger Mischkopf wird im folgenden als "kugeliger Mischkopf" bezeichnet.
  • Die Funktionsweise der LPD-Unilt wird im folgenden anhand der Figuren 18 und 19 beschrieben. Das zu verarbeitende Produkt wird, beispielsweise über einen Durchflußzähler (nicht gezeigt), durch den Produkteinlass 8, beispielsweise über ein automatisches Ventil, der kugeligen Mischkammer 300 zugeführt. Die kugelige Mischkammer 300 wird im gezeigten Beispiel zum einen von einem im wesentlichen halbkugelförmigen oberen Deckel, welcher Anschlüsse für den Produkteinlass 8, ein Ausblasventile 400 (siehe unten) und die Zirkulationsleitung 10 aufweist, gebildet, und zum anderen durch ein im Inneren ebenfalls im wesentlichen halbkugelförmiges LPD-Gehäuse 200, das in eine Rohrleitung mündet, in welcher ein Propeller 3 und Strombrecher 28 positioniert sind, und die das Produkt in den Dispergierraum von Rotor 41 und Stator 42 beziehungsweise Vormischkammern 220 führt.
  • Die laufende Dispergiermaschine 41, 42 saugt das Produkt an, und ein Teil des Produktes wird in der Vormischkammer 220 mit den fehlenden Zutaten in Kontakt gebracht. Diese fehlenden Zutaten werden insbesondere über Durchflußzähler (nicht gezeigt) und Pumpen (nicht gezeigt) über Zuaufvorrichtungen 250 zu den Vormischkammern 220 zugeführt. In den in den Figuren 18 und 19 gezeigten Ausführungsbeispielen sind jeweils zwei Vormischkammern vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung kann die Anzahl der Vormischkammern in der LPD-Unit den jeweiligen Anforderungen jedoch angepasst werden, und mindestens eine sowie auch mehr als zwei Vormischkammern vorgesehen werden.
  • Die einzelnen Komponenten der Dispersion durchlaufen dann den Dispergierraum, werden dabei dispergiert, und die Dispersion zirkuliert über die Produktzirkulationsleitung 10 zurück in die Mischkammer 300. Die Produktzirkulationsleitung 10 wird dabei so in die Mischkammer 300 zurückgeführt, dass sie der Rotationsbewegung des Propellers 3 entgegen wirkt.
  • In der Regel hat die Mischkammer 300 cirka den Durchmesser des Rotors 41, um das Umpumpvolumen zu minimieren. Für den Rotor können beispielsweise in einer Art Baukastenprinzip folgende Rotorgrößen zur Verfügung gestellt werden: 25mm, 50mm, 100mm, 150mm, 175mm und 285mm. Ein Ausblasventil 400 ist am höchsten Punkt der Mischkammer 300 angebracht, um Restmengen aus der LPD-Unit in einer, der LPD-Unit nachgeschalteten Füllmaschine zu drücken und Verluste zu minimieren.
  • An die Produktzirkulationsleitüng 10 oder an die Mischkammer 300 ist in den gezeigten Ausführungsformen zusätzlich eine Flach- oder Ringdüse 600 gemäß DE 20 2006 001 952 angeflanscht. Je nach Anforderungen kann auf diese zusätzliche Düse 600 jedoch auch verzichtet werden. Mithilfe der Flach- oder Ringdüse 600 kann eine besonders feine Dispersion erzielt werden, insbesondere besteht mit einer zusätzlichen Flach- oder Ringdüse 600 die Möglichkeit, separat Emulsionen beziehungsweise Dispersionen zu erzeugen. So kann in vorteilhafter Weise zusätzlich zu den Vorgängen in der Vormischkammer und dem Dispergierraum, in welchem der Rotor 41 mit dem Stator 42 wirkt, eine weitere Emulsion in der Emulsion erzeugt werden.
  • Zur gleichen Zeit, wenn das (nicht dargestellte) Ventil am Produkteinlass 8 geöffnet ist, wird auch das (nicht dargestellte) Ventil am Produktauslass 648 zumindest leicht geöffnet, damit das zufließende Produkt und das abfließende Produkt sich im wesentlichen die Waage halten und nur ein leichter Überdruck entsteht. Das Ventil am Produktauslass 648 kann dabei insbesondere derart ausgebildet sein, dass es nur im unteren Bereich öffnet (halbes Kugelventil), damit nur das Produkt, welches unter dem Rotor ausgestoßen wird, durch den Produktauslass 648 abgeführt wird.
  • An den Auslasskanal 50 schließt sich neben dem Produktauslass 648 und der Zirkulationsleitung 10 auch ein Stutzen für den Spülwasserauslass 500 an.
  • Es können auch Auslaßkanäle gemäß der oben dargestellten "dualen" Ausführungsform benutzt werden, wobei ein Auslaßkanal zum Umpumpen in die Zirkulationsleitung 10 und ein weiterer Auslaßkanal zum Abziehen des Produktes aus der Maschine zur (nicht dargstellten) der LPD-Unit nachgeschalteten Füllmaschine führt.
  • Die Dispergiermaschine pumpt cirka eine bis zu 10fach höhere Produktmenge intern um als die Menge, die zugeführt beziehungsweise abgeführt wird. Dadurch entsteht eine homogene Vermischung aller Zutaten, bevor das Produkt die LPD-Unit verläßt.
  • Der Propeller 3 ist so in die LPD-Unit eingebaut und positioniert, das zumindest ein Drittel des angesaugten Produktes radial über den Boden der Mischkammer 300 gedrückt wird. Dadurch wird das interne Vormischen in der Mischkammer optimiert mithilfe des schonenden Mischens durch Propeller.
  • In der Regel möchte man ein homogenes Produkt herstellen, mit so wenigen Durchläufen durch die LPD-Unit als nur möglich. Dies wird mit der beschriebenen Mischkammer 300 der LPD-Unit erreicht durch die optimierte Vorvermischung des Basisproduktes mit dem Umlaufproduktes in der Mischkammer 300.
  • Zum Beispiel kann aufbauend auf einem Basisprodukt in folgender Weise eine Gesichtscreme hergestellt werden. In der LPD-Unit werden dem Basisprodukt cirka 1 Vol.-% Flüssigfarbstoff und 0,1 Vol.-% Duftstoffe zugeführt. Eine der LPD-Unit nachgeschaltete Füllmaschine mit einer Kapazität von 200 Tuben in der Minute, Tubengröße 60ml, benötigt cirka 12 kg Produkt / Minute. Für das entsprechend viskose Produkt wird ein Verhältnis des Umpumpens 1:5 eingestellt, das bedeutet, ein Volumenanteil wird entnommen, während 5 Volumenanteile umgepumpt werden.
  • Diese Herstellungsweise lässt sich beispielsweise realisieren mit einem Produkt des Anmelders mit der Bezeichnung " LPD-Unit LM 100" mit einem Rotordurchmesser von 100 mm. Das gesamte Volumen der LPD-Unit liegt unterhalb von 2 Litern, wobei (gemessen mit Wasser) ein Umpumpvolumen von cirka 8000 Litern / Stunde bei 23 m / sec erreicht wird.
  • In Figur 19 ist eine weitere Ausführungsform einer LPD-Unit gezeigt. Im Unterschied zu der in Figur 18 gezeigten Ausführungsform ist der Auslaßkanal 5 von der Zirkulationsleitung 10 separiert. Die in Figur 18 auf der linken Seite dargestellte Vormischkammer 220 ist versetzt gezeichnet und liegt neben der in Figur 18 auf der rechten Seite dargestellten Vormischkammer 220 im Bereich der internen Produktzirkulation. Der Produktstrom teilt sich in eine interne Produktzirkulation und einen Produktausfluß in Richtung des Produktauslaßes 648. Dies bedeutet, das das abgezogene Produkt nicht mit einer Vormischkammer 220 in Berührung kommt, wenn es die LPD-Unit verläßt.
    • Beispiel 5: Silikondispersion
  • Zum Herstellen von einer industriellen Dispersion von 5 Gew.-% Silikon in 95 Gew.-% Wasser (Angaben inklusive Emulgatoren) mit kleinsten Tröpfchengrößen im Bereich von einigen Nanometern sind Rotor-Stator-Systeme geeignet. Rotor-Stator-Systeme zeigen einen sehr guten Tröpfchenaufbruch bei höheren Viskositäten. Daher wird 5% Silikon im Behälter vorgelegt, dann cirka 2 bis 3% Wasser mit einem geeigneten Emulgator eindispergiert, intensiv homogenisiert beziehungsweise dispergiert und dann mit dem Restwasser vermischt.
    • Beispiel 6: Emulsion mit Phaseninversion O/W
  • Eine Emulsion mit 4 Gew.-% innerer Phase soll hergestellt werden. Die Öl- oder Wachs-Phase wird im Behälter vorgelegt. Dann wird mit zirka 4 % ein Teil der Wasserphase zugegeben und eindispergiert, so dass eine Wasser-in-Öl-Emulsion entsteht. Die Wasserphase kann kalt zugegeben werden, es entsteht eine Mischtemperatur, die oberhalb des Erstarrungspunktes der Öle beziehungsweise Wachse liegen kann. Nach erfolgter Dispergierung wird die Restwassermenge zugegeben und die Phaseninversion findet statt. Gegebenenfalls können auch noch weitere Rohstoffe zugegeben werden. Ein Kühlen des Ansatzes entfällt, da die Wasserphase kalt zugegeben wurde. Dies führt zu erheblichen Einsparungen an Energie und Ansatzzeit.
    • Beispiel 7: Scale Up
  • Labor- und Produktions-Maschinen sollen weitgehend gleiche Geometrieverhältnisse und Arbeitsparameter aufweisen und darüberhinaus die Durchführung der betreffenden Verfahren zeitlich gesehen in gleicher Weise erlauben. Durch den mit Hilfe der Erfindung optimierten Produkt-Durchfluß durch die Rotor-Stator-Dispergiermaschine beziehungsweise die Anlage ist es möglich, kleinste Labor-Dispergiermaschinen herzustellen, die ein Ansatzvolumen zwischen 0,1 und 1,0 Litern haben, und vergleichbare Produkte zu erzeugen wie mit Produktionsmaschinen.
  • Das Verhältnis der Oberfläche zum Arbeitsvolumen einer Dispergiermaschine wird größer, je kleiner die Dispergiermaschine wird. Daraus resultieren größere Reibungsverluste beziehungsweise Druckverluste in den Dispergiermaschinen mit abnehmender Größe. Dieser negative Einfluß ist besonders groß bei der Verarbeitung von Produkten mit hoher Viskosität wie zum Beispiel den in den obigen Beispielen genannten Produkten Aufgrund der Anhaftung des Produktes an den Oberflächen kommt es zu Strömungsabrissen. Mit folgenden geometrischen Durchmesserverhältnissen hat sich ein Scale Up gemäß der Erfindung als sehr gut möglich erwiesen: Für eine Labormaschine mit einem Fassungsvermögen von 1 Liter beträgt das Verhältnis des Durchmessers des Rotor-Stator-Systems zum Durchmesser des Behälters 120 mm / 24 mm = 5. Für eine Produktionsmaschine mit einem Fassungsvermögen von 500 Litern beträgt das Verhältnis des Durchmessers des Rotor-Stator-Systems zum Durchmesser des Behälters 930 mm /150 mm = 6. Das Verhältnis 5/6 ist als ausreichend ähnlich zu betrachten.
    • Beispiel 8: Herstellen von Emulsionen
  • Es wurden Öl-in-Wasser-Emulsionen aus Mineralöl und Wasser hergestellt. Als Emulgatoren wurden Tween 80 und Span 20 verwendet. Die gesamte Dauer der Herstellung betrug 15 Minuten.
  • Für die Vorlage der Fluide wurde ein Zweitanksystem verwendet. In einem Behälter mit einem Volumen von 30 Litern wurden 24 Liter einer wäßrigen Emulgatorlösung vorgelegt. In einem weiteren Vorlagetank wurden 6 Liter Öl bereitgestellt. Der Behälter ist über eine Leitung mit Transferpumpe mit dem Vorlagetank verbunden. An das Zweitankystem ist eine Rotor-Stator-Dispergiermaschine angeschlossen. Vorteilhafterweise kann eine Rotor-Stator-Dispergiermaschine mit einer Vormischkammer gemäß der deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 022 355.7 des Anmelders für die Zugabe der Ölphase verwendet werden.
  • Der Dispergierraum mit dem Rotor hat einen Durchmesser von 100 mm. Bei einer Drehzahl des Rotors von 1000 Umdrehungen pro Minute beträgt die Umfangsgeschwindigkeit 5,2 m/s. Bei einer Drehzahl des Rotors von 5000 Umdrehungen pro Minute beträgt die Umfangsgeschwindigkeit 26 m/s. nach der Passage der Rotor-Stator-Dispergiermaschine wurde die Emulsion über eine Auuslaßeinrichtung mit einem Auslaßkanal in den Behälter zurückgeführt.
  • Für die in der unten angeführten Tabelle mit den Ziffern 1 bis 6 versehenen Tests wurde das Öl langsam mit 6 Litern pro Minute zugegeben.
  • Es wurden Versuche mit vollständig geöffnetem Ventil 9 (vergleiche Figur 14) durchgeführt, für diese ist in der unten stehenden Tabelle "offen" vermerkt. Ferner wurden auch Versuche durchgeführt, bei welchen das Ventil 9 zu 2/3 geschlossen war und so ein künstlicher Staudruck erzeugt wurde. Für diese Experimente ist in der unten stehenden Tabelle "Staudruck" vermerkt.
  • Unter der Rubrik "Test 1 (µm)" sind die Ergebnisse der mittleren Tropfengröße einer Emulsion nach einmaligem Durchlauf durch die Dispergiermaschine angegeben. Unter der Rubrik "Test 2 (µm)" sind die Ergebnisse der mittleren Tropfengröße einer Emulsion nach mehrmaliger Passage der Dispergiermaschine im Kreislauf nach einer Gesamtversuchsdauer von 15 Minuten angegeben.
  • Die Tropfengrößenverteilungen wurden mit einem Meßgerät des Herstellers Horiba nach dem Prinzip der Laserlichtbeugung bestimmt. Unter "average size" ist der Mittelwert aus den Ergebnissen des Test 1 und Test 2 angegeben
    Figure imgb0001
  • Eine weitere Versuchsserie mit Tests 7 bis 12 wurde mit einer schnellen Zugabe des Öls, nämlich mit 6 Litern in 20 Sekunden, durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der unten stehenden Tabelle dargestellt.
    Figure imgb0002
  • In einem weiteren Experiment bei vollständig geöffnetem Ventil 9 wurde im Behälter eine Rohemulsion (Pre-Mix) hergestellt durch Vormischung der Ölphase und der Wasserphase. Die Rohemulsion hatte eine Tropfengrößenverteilung mit einem mittleren Durchmesser von etwa 37 Mikrometern.
  • Nach einem Durchlauf durch das Rotor-Stator-System bei einer Drehzahl von 4000 Umdrehungen pro Minute betrug der mittlere Durchmesser noch 5,363 Mikrometer. Wird die Rohemulsion einmal bei 5000 Umdrehungen pro Minute durch das Rotor-Stator-System geführt, erreicht man einen mittleren Durchmesser von 2,504 Mikrometern. Wird das Produkt 15 Minuten lang im Kreislauf durch die Anlage bei einer Rotordrehzahl von 5000 Umdrehungen pro Minute gefahren, passiert es etwa 52 mal die Dispergiermaschine und man erreicht einen mittleren Tropfendruchmesser von 0,347 Mikrometern. Die obigen Zahlenangaben beziehen sich auf eine Messung. Wie bei den Tests 1 bis 12 auch wurden mehrere Messungen durchgeführt. Deren Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt.
    Figure imgb0003
  • Die oben beschriebenen Versuche zur Emulsionsherstellung zeigen deutlich den Einfluß des Gegendrucks beziehungsweise Staudrucks, welcher durch die Ventilstellung des Ventils 9 aufgebracht werden kann, auf die Tröpfchengröße. Des Weiteren zeigen die Experimente, dass die Erfindung es ermöglicht, kleinste Tröpfen zu erreichen. Diese Tropfen sind kleiner als die kleinsten mittleren Tropfengrößen, die sich mit herkömmlichen Rotor-Stator-Systemen erzielen lassen. Darin zeigt sich die vorteilhafte Wirkung der Erfindung, die zu Ausbildung und Erhaltung einer turbulente Durchströmung der gesamten Anlage beiträgt.
  • Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Behälter (Vorlagebehälter)
    13
    Bereich der dem Auslass benachbarten Behälterwand
    150
    Längsachse des Behälters
    180
    Senkrechten auf die Längsachse des Behälters
    D1
    Durchmesser des Behälters
    12
    Auslass des Behälters
    14
    Behälterboden
    15
    Behälterwand
    16
    Behälterwandöffnung
    2
    Zwischenstück (Ansaugkopf)
    21
    erste Öffnung des Zwischenstücks
    22
    zweite Öffnung des Zwischenstücks
    25
    Rohrleitung des Zwischenstücks
    250
    Längsachse der Rohrleitung des Zwischenstücks
    α30
    Neigungswinkel der Längsachse der Rohrleitung des Zwischenstücks gegenüber der Längsachse des Behälters
    23
    Wand der Rohrleitung
    260
    Bereich der Rohrleitung des Zwischenstücks, in welchem die Wand nach außen gewölbt ist
    210
    erster Teil der Rohrleitung des Zwischenstücks
    220
    zweiter Teil der Rohrleitung des Zwischenstücks
    230
    dritter Teil der Rohrleitung des Zwischenstücks
    26
    Kammer zur Aufnahme eines Fördermittels
    27
    flexibles Element, Gummibalg
    28
    Strombrecher
    280
    Schraubverbindung
    3
    Fördermittel, insbesondere Rührerblatt
    31
    Rührer
    32
    Schaft des Rührers
    33
    Hülse
    34
    Druckseite des Fördermittels
    35
    Saugseite des Fördermittels
    4
    Rotor-Stator-Dispergiermaschine
    40
    Gehäuse
    41
    Rotor
    42
    Stator
    431, 432
    innerer beziehungsweise äußerer Zahnkranz des Stators
    430, 433
    Durchtrittsfläche zwischen den Zähnen des inneren beziehungsweise äußeren Zahnkranzes
    44, 45, 46, 47
    Durchtrittsflächen, durch welche Fluid aus der Rotor-Stator-Dispergiermaschine austritt
    48
    Abführvorrichtung, insbesondere Rohrleitung
    49
    Ringkanal
    5
    Auslasseinrichtung
    50
    Auslasskanal
    51
    erste Öffnung des Auslasskanals,
    510
    größte Breite der rechteckigen ersten Öffnung des Auslasskanals
    52
    zweite Öffnung des Auslasskanals,
    53
    Konus des Auslasskanals.
    Laus
    Länge des Auslasskanals
    54, 55, 56, 57
    Seitenflächen des Auslasskanäle
    60, 61, 62, 63, 64, 65, 66
    Zuführeinrichtung zum Zuführen von Zutaten in den Auslasskanal, Injektor
    60.1, 60.2
    Zufuhrkanal
    650
    Verbindungselement (Flansch) zum Anschluss der Zuführeinrichtung an die Auslasseinrichtung
    648
    Verbindungselement (Flansch) zum Anschluss der Zuführeinrichtung an die Abführeinrichtung
    7, 8
    Einlaufstutzen
    71
    Einlauföffnung
    710
    Querschnittsfläche der Einlauföffnung
    72
    Zulauföffnung
    720
    Querschnittsfläche der Zulauföffnung
    75
    Rohrleitung des Einlaufstutzens
    751
    Bereich der Rohrleitung, welcher in die Einlauföffnung mündet
    α100
    Neigungswinkel der Längsachse der Rohrleitung des Einlaufstutzens gegenüber der Senkrechten auf die Längsachse des Behälters
    76
    Längsachse des Einlaufstutzens
    9
    Ventil
    10
    Zirkulationsleitung
    100
    Entnahme
    115
    Welle
    116
    Motor
    117
    Dichtung, mechanische Dichtung
    120
    Anlage
    105.1
    flexibles Elemente, Abschnitt aus ausreichend biegsamen Material
    200
    LPD-Gehäuse
    220
    Vormischkammer
    250
    Zulauf, Einlauf in die Vormischkammer
    300
    kugelige Mischkammer
    400
    Ausblas-Ventil
    500
    Spülwasserauslaß
    600
    Flach- oder Ringdüse

Claims (7)

  1. Auslasseinrichtung (5) für den Anschluss einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine (4), welche ein Rotor-Stator-System (41, 42) mit zumindest einem Zahnkranz (43) umfaßt, an eine Abführvorrichtung (48), insbesondere eine Rohrleitung, zum Abführen von Fluid aus der Rotor-Stator-Dispergiermaschine (4),
    wobei die Auslasseinrichtung (5) zumindest einen Auslasskanal (50) mit
    einer ersten Öffnung (51) zum Anschluss an das Außengehäuse der Rotor-Stator-Dispergiermaschine in einem das Rotor-Stator-System umfangenden Bereich,
    und mit einer zweiten Öffnung (52) zum Anschluss an die Abführvorrichtung (48) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die erste Öffnung (51) einen rechteckigen Querschnitt aufweist und
    die zweite Öffnung (52) eine kleinere Querschnittsfläche als die erste Öffnung aufweist, so dass über die Länge der Auslasseinrichtung (5) zwischen der ersten und der zweiten Öffnung im wesentlichen ein Konus (53) ausgebildet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Auslasseinrichtung mindestens zwei, vorzugsweise vier Auslasskanäle (50) aufweist.
  2. Auslasseinrichtung (5) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Länge Laus des Auslasskanals (50) mindestens der größten Breite (510) der rechteckigen ersten Öffnung (51) entspricht.
  3. Auslasseinrichtung (5) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die zweite Öffnung (52) kreisförmig ist.
  4. Auslasseinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Summe der Querschnittsflächen der ersten Öffnung (51) aller Auslasskanäle (50) im wesentlichen der gesamten freien Fläche zwischen den Zähnen des Zahnkranzes (43) entspricht, welcher der ersten Öffnung (51) benachbart ist, wenn die Auslasseinrichtung (5) an die Rotor-Stator-Dispergiermaschine (4) angeschlossen ist.
  5. Auslasseinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 11 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Übergang von der Seitenfläche (54, 55) eines Auslasskanals in die Seitenfläche (56, 57) eines benachbarten Auslasskanals (50) bogenförmig verläuft.
  6. Auslasseinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die erste Öffnung (51) eines jeden Auslasskanals derart dimensioniert ist, dass jeder Auslasskanal im wesentlichen direkt in den benachbarten Außenkanal übergeht.
  7. Auslasseinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest ein Auslasskanal (50) eine Zuführeinrichtung (60) zum Zuführen von Zutaten in fester, pulverförmiger und/oder flüssiger Form zu dem Fluid, welches im Betrieb durch den Auslasskanal (50) aus der Rotor-Stator-Dispergiermaschine (4) fließt, umfaßt.
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